组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
牛血清白蛋白（BSA）、链霉亲和素（streptavidin）、生物素（biotin）、轮状病毒（rotavirus）、大肠杆菌（E. coli）、细胞因子（cytokines）、登革热抗体（anti-dengue antibody）；样品基质：PBS、部分纯化病毒溶液、水/甘油溶液、微孔板/微流控样品
检测原理
光子晶体生物传感器通常采用无标记光学检测。识别元件（抗体、链霉亲和素、生物素化 DNA 或 PLL 电荷层）固定在光子晶体表面后，目标分子或病原体结合到表面，使传感区域局部折射率升高。光子晶体的周期性介电结构支持导模共振、截止波长或高 Q 微腔模式，其光场部分延伸至表面附近；结合事件改变模式有效折射率，导致共振峰或截止波长向长波方向红移。红移幅度随表面质量覆盖或浓度增加而增大。灵敏度可通过增大光场与样品重叠、引入纳米 TiO2 增大表面积、选择近紫外波长、使用高 Q 微腔、偏振分离或参考通道来增强。未采用 HCR/RCA 等核酸放大，而依靠光场增强与表面面积增大。最终由 LED/可调激光器激发，并用光谱仪或光电二极管读出波长变化。
检测灵敏度
综述汇总（Table 1）：1D 光子晶体：灵敏度 1840 nm/RIU，Δn 1×10^-8 RI，浓度 60×10^-15 g/mL；光子晶体平板：灵敏度 510 nm/RIU，Δn 3.4×10^-5 RI，浓度 1×10^-9 g/mL，表面质量 1×10^-12 g/mm2；光子晶体波导：灵敏度 120 nm/RIU，Δn 3×10^-3 RI，浓度 10×10^-9 g/mL，表面质量 6×10^-9 g/mm2；光子晶体微腔：灵敏度 350 nm/RIU，Δn 3×10^-4 RI，浓度 50×10^-12 g/mL。文中示例：LOD: 0.016 nM/L streptavidin in PBS（对应 1 ng/ml）；LOD: 2.5 nM streptavidin；LOD: 50 fg biotin；LOD: 60 cells/mm2 E. coli；LOD: <36 FFU rotavirus；LOD: 63 ag cytokine。无统一线性范围与 R^2。
效应效果
综述指出，光子晶体生物传感器多为无标记、实时、小体积检测，适合片上集成。与 SPR 相比，其共振灵敏度较低，但高 Q 微腔可使可检测浓度与 SPR 相当；商用 SPR 可检测 0.5 pg/mm2。1D 型可检测 50 fg 生物素和 0.06 pg/mm2 吸附；平板型可检测 1 pg/mm2 蛋白，并用于细胞毒性与 DNA-蛋白结合筛选；微腔型传感面积可小至 1.7 mm2，检测 4.0±0.6 fg BSA。轮状病毒检测限低于 36 FFU，接近 ELISA；384 孔板可在 2 min 内完成 8 孔并行测量。多路平台可检测三种细胞因子，LOD 63 ag。主要限制是温度漂移，需参考通道或热稳定腔体；多数系统仍为原理验证，仅 Cunningham 系统商业化。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃、Si、SOI、PMMA 或 PET 基底，承载光子晶体结构并提供光学/微流控集成平台
- 光子晶体结构层：TiO2 高折射率层、低折射率溶胶-凝胶玻璃、Si 孔阵列或 PMMA 光栅，形成光子带隙、导模共振、截止波长或微腔模式
- 纳米材料修饰层：纳米 TiO2 纳米棒或多孔 TiO2，增大有效表面积与功能化密度
- 表面功能化层：APTES、戊二醛、PLL 或溶胶-凝胶/纳米 TiO2 修饰，用于固定识别元件
- 识别元件：抗体（anti-rotavirus antibody）、链霉亲和素（streptavidin）、生物素化 DNA/抗体或 PLL 电荷层，用于特异性结合目标分子或细胞
- 封闭层：blocking agent，用于减少非特异性结合（原文未给出具体材料）
- 信号标记物：无标记（label-free），不引入荧光、酶或电化学标记，直接依靠结合引起的折射率变化
- 微流控/样品通道：PDMS、PET 或 96/384/1536 孔板通道，用于输送小体积样品并实现片上集成
- 读出系统：LED、可调激光器、偏振滤光片、光谱仪或光电二极管，用于测量共振波长红移或截止波长变化
中文摘要
近年来，光子晶体技术受到广泛关注。利用光子晶体结构构建高灵敏度传感元件在医学和环境应用中极具前景。光子晶体生物传感器不仅具有紧凑性和可靠性，还可通过低成本大规模制造获得优势。将微流控通道与光子晶体结构集成，可形成高度紧凑的器件。本文综述了不同类型的光子晶体传感器，包括一维光子晶体生物传感器、光子晶体平板生物传感器、光子晶体波导生物传感器以及光子晶体微腔生物传感器。文章重点介绍了它们在生物分子相互作用和病原体检测中的应用，并比较了不同生物传感器的灵敏度与检测限。全文聚焦于光子晶体生物传感器实现片上集成的可能性，为快速、低成本、小型化的生物传感系统提供了参考。
英文摘要
Photonic crystal technology has attracted large interest in the last years. The possibility to generate highly sensitive sensor elements with photonic crystal structures is very promising for medical or environmental applications. The low-cost fabrication on the mass scale is as advantageous as the compactness and reliability of photonic crystal biosensors. The possibility to integrate microfluidic channels together with photonic crystal structures allows for highly compact devices. This article reviews different types of photonic crystal sensors including 1D photonic crystal biosensors, biosensors with photonic crystal slabs, photonic crystal waveguide biosensors and biosensors with photonic crystal microcavities. Their applications in biomolecular and pathogen detection are highlighted. The sensitivities and the detection limits of the different biosensors are compared. The focus is on the possibilities to integrate photonic crystal biosensors on-chip.