组成图示
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传感器类型
其他（衍射光学天平/无标记光学干涉生物传感器）
检测对象
兔IgG（rabbit IgG）蛋白单层、二氧化硅校准斑点（SiO2 spots，模拟蛋白层）；样品基质：表面溶液/缓冲液（原文未明确具体缓冲液）
检测原理
该传感器为无标记衍射光学天平（DOB）。在硅片热氧化SiO2表面刻蚀周期8 μm、深度65 nm的光栅，使脊与槽的反射系数接近相等，488 nm光下接近缺失一级衍射，因而背景很低。通过光栅失配引入相位偏置（ε≠0），一级衍射强度中出现与分子层厚度d成正比的混频项，使响应从二次方变为线性。当兔IgG或SiO2分子层沉积在光栅表面时，局部折射率和光程改变，一级衍射强度随之增加。激光扫描BioCD以半衍射角倾斜入射，一级衍射反向通过针孔空间滤波，自动解调光栅载波，探测器记录强度增量。信号随表面分子层厚度/覆盖量线性增大，无需酶或纳米酶放大，主要依靠光学偏置和空间滤波提高信噪比。
检测灵敏度
灵敏度: 1 nm SiO2 强度增量 50%（DOB）；2.5%（reflectometric BioCD）；线性响应提高 20 倍；理论蛋白响应 40% per 1 nm protein
效应效果
实验以1 nm SiO2斑点校准DOB与反射式BioCD。DOB上1 nm SiO2引起50%强度增量，反射式BioCD仅2.5%，线性响应提高20倍；信噪比（SNR）分别为26和6，提高4倍。兔IgG通过物理吸附固定在光栅表面，激光扫描成像可自动解调8 μm光栅载波，无残余空间载波，推断蛋白厚度约0.6 nm。系统采用共光路设计，对机械振动稳定，并通过离轴针孔空间滤波消除镜面反射，实现低背景、高对比度检测。论文未报告选择性、抗干扰、RSD或实际样品回收率。作者认为该DOB兼容高速激光扫描和旋转BioCD，具有潜在高多路生物检测应用价值。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅片（Si）与热氧化二氧化硅（SiO2）薄膜，刻蚀成8 μm周期、65 nm深光栅，形成衍射光学天平（DOB）
- 光栅结构层：SiO2脊/槽厚度分别为205 nm和140 nm，使488 nm光下接近缺失一级衍射，提供低背景
- 生物分子固定层：兔IgG（rabbit IgG，Sigma I5006）物理吸附于SiO2表面，形成蛋白单层，作为检测/成像对象
- 校准层：1 nm SiO2斑点（silica spots）通过二次光刻制作，折射率近似蛋白，用于校准响应
- 光学读出系统：激光扫描BioCD系统，488 nm激光、f=100 mm物镜、针孔空间滤波、探测器（1.5×10^6 V/W），检测一级衍射强度
中文摘要
本文报道了一种基于衍射的光学生物传感器，通过在硅片热氧化二氧化硅（SiO2）表面刻蚀光学光栅，构建稳定的共光路衍射光学天平（diffractive optical balance, DOB）。该器件工作在缺失衍射级次附近，并通过引入相位偏置使系统处于非零位（off-null）状态，从而在保持低背景的同时获得对累积分子层厚度呈线性的高对比度响应。与平面热氧化硅反射式响应相比，DOB 的线性响应提高约20倍。实验采用激光扫描 BioCD 系统对固定于光栅表面的兔IgG蛋白单层进行成像，并用1 nm二氧化硅斑点校准响应。结果表明，1 nm SiO2 层在 DOB 上产生50%的强度增量，而反射式 BioCD 仅为2.5%；信噪比由6提高到26。该传感器具有无标记、低背景、高稳定性和潜在高多路检测能力。
英文摘要
Diffraction-based molecular detection is achieved by etching optical gratings into thermal oxide on silicon. The gratings perform as a stable common-path diffractive optical balance (DOB) designed to operate near a missing diffraction order. The biosensor is operated in an off-null condition with a phase bias to produce a high-contrast responsivity that is linear in accumulated molecules but with a low background. The DOB linear responsivity is a factor of 20 larger than the reflectometric responsivity of planar thermal oxide.