组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
其他（金属辅助导模共振光学生物传感器）
检测对象
背景折射率（bulk refractive index, RI，以氯化钠 NaCl 水溶液模拟）；样品基质：水溶液/自制流体池
检测原理
MaGMR 以熔融石英为基底，金层位于 Si3N4 波导下方。入射光经 Si3N4 亚波长光栅获得横向动量，满足导模相位匹配条件后在波导中形成导模共振。金层的高反射率阻止场向下侧泄漏，使共振模场强烈不对称地向上延伸，增强分析物区域的倏逝波。当样品溶液折射率升高时，波导上方覆盖层折射率改变，导模相位匹配条件变化，共振波长向长波方向移动。反射光谱中低反射凹陷的波长移动被反射光谱仪读出，从而反映样品折射率变化；若表面引入生物识别层，则结合事件引起的局部折射率变化可被转换为波长信号。
检测灵敏度
体灵敏度（bulk sensitivity）: 376.78 nm/RIU（TM 基模，共振波长 0.809 μm，第一衍射角）；对比 GMR: 103.29 nm/RIU；灵敏度增强: 264.78%。模拟值: TE 276.5 nm/RIU，TM 338.5 nm/RIU；增强 154.8%（TE）、148.9%（TM）。
效应效果
实验在室温下用自制流体池连续泵入不同浓度 NaCl 溶液，背景折射率从 1.3329 升至 1.369 再回到 1.3329，实时传感图稳定且可重复；纯水背景共振波长为 0.809 μm，折射率升高时红移。每组结果由 3 次独立测量获得，线性拟合斜率给出 MaGMR 体灵敏度 376.78 nm/RIU，典型 GMR 为 103.29 nm/RIU，增强 264.78%。模拟中 MaGMR 倏逝波长度 0.175 μm，较 GMR 的 0.09 μm 提高 94.4%，倏逝能量占 70.8%，反射谱对比度 23.5，高于 GMR 的 10。作者认为该结构适合高灵敏度生物分析。
传感器的构成
- 基底：熔融石英（fused silica, SiO2），提供机械支撑与光学基底。
- 金属缓冲层：金（Au）薄膜，约100 nm（SEM 0.09 μm），高反射率，屏蔽下侧场并引入相位，形成不对称共振场。
- 波导层：氮化硅（Si3N4）高折射率薄膜，承载导模。
- 光栅层：Si3N4 表面一维亚波长光栅，由激光干涉光刻（LIL）和干法刻蚀形成，提供横向动量耦合导模。
- 流体池：自制流体池（fluidic cell），容纳样品溶液并改变上方折射率。
- 样品层：氯化钠（NaCl）水溶液，用于产生不同背景折射率。
中文摘要
本文提出一种用于生物分析的高灵敏度金属辅助导模共振（MaGMR）器件，并通过实验验证其传感功能。该器件在典型导模共振（GMR）结构的基底与波导之间引入高反射金属缓冲层，使反射光谱呈现与常规 GMR 相反的低反射共振凹陷。数值计算表明，MaGMR 的高灵敏度来源于强不对称共振模场分布以及波导内较低的传播角；与典型 GMR 相比，分析物区域中的倏逝波强度提高约一倍。实验结果显示，在 0.809 μm 处共振的基模 TM 模式、第一衍射角条件下，MaGMR 的体灵敏度达到 376.78 nm/RIU，较相同共振条件下的典型 GMR 传感器灵敏度提高 264.78%。
英文摘要
In this paper, a metal layer assisted guide mode resonance (MaGMR) device with high sensitivity is proposed for bioanalytical applications and its functioning is experimentally proved. We find that the reflection spectra present a unique inversed response. The resonance mechanism is also discussed. Numerical calculation results indicate that the high sensitivity performance of MaGMR comes from the strongly asymmetric resonance modal profile and low propagation angle inside the waveguide. There is a one-fold enhancement of the evanescent wave in the analytes region compared to typical GMR. According to the experimental results, the proposed MaGMR achieved a bulk sensitivity of 376.78 nm/RIU in fundamental TM mode resonating at 0.809 μm with the first diffraction angle. Experiment results show a 264.78% enhancement in the sensitivity compared to that of the typical GMR sensor in the same resonance conditions of TM mode.