《生物医学光学快报》特刊“生物医学应用中的光学生物传感器进展”系统介绍了光学生物传感器在医学诊断、生物分析和个性化医疗中的最新研究。随着对高灵敏、无标记和实时检测生物分析物需求的增长，光学生物传感器已成为重要器件。本特刊收录26篇论文，涵盖光纤生物传感器、等离子体生物传感器、光子晶体生物传感器、回音壁模式生物传感器、纳米材料、光学微...
光学生物传感器在过去40年间至少经历了三种不同系统架构的演进：从“样品进、答案出”的台式/便携式检测系统，到将完整光学生物传感器嵌入样品内部，再到仅将识别模块嵌入样品、由外部光学设备对识别模块进行光学检测。本文作为趋势性综述，概述了这三种系统架构的演化过程，并讨论它们如何被应用于解决多种场景中的测量难题。文章还提出第四种潜在架构——...
本文提出并演示了一种用于检测SARS-CoV-2核衣壳蛋白的高灵敏度硅微环（Si MRR）光学生物传感器。该传感器在SOI基底上采用CMOS兼容工艺制备Si MRR波导，并在波导表面通过Si标记蛋白定向固定IgG抗体。目标蛋白与抗体特异性结合后吸附于波导传感窗表面，引起波导有效折射率变化，进而导致MRR共振波长发生偏移；通过监测透射...
本文报道了一种基于共振光学隧穿效应（ROTE）的生物传感器，用于检测癌胚抗原（CEA）。该设计中，传感通过倏逝波与固定在传感器表面的 CEA 相互作用实现。当 CEA 与抗 CEA 抗体结合时，会改变传感器表面的有效折射率，引起共振波长偏移；该偏移可通过同一模式下法布里-珀罗（FP）腔与 ROTE 腔的级联耦合加以识别。实验结果表明...
新生儿黄疸是婴儿最常见的问题之一，主要表现为皮肤或巩膜黄染，通常由血清胆红素升高（约2.0–2.5 mg/dL以上）引起。若未及时处理，高胆红素血症可导致胆红素脑病、听力损伤等严重神经并发症。传统诊断依赖有创血清总胆红素检测，而视觉评估虽简便但主观性强。本文系统综述了用于新生儿黄疸检测的有创与无创生物传感器研究进展，涵盖电化学、光学...
光学生物传感器在许多应用中依赖流体腔实现受控液体输送，而完全液体置换对获得准确可靠结果至关重要。不同光学生物传感器的流体腔构型、体积和流速差异很大，目前缺乏标准化置换指南。本文针对斜入射反射率差（OI-RD）生物传感器，利用 COMSOL Multiphysics 有限元软件模拟两种流体腔中的液体置换过程，研究完全置换所需最小液体体...
传统血氧测量通常采用多波长比率法，但该方法假设吸收随波长变化，而组织散射同样随波长变化且不可忽略，因而存在固有误差。作者发现，在圆柱形组织周围存在一个特定角度，即等光程点（IPL），该位置再发射光强度不受组织散射影响，因此可将吸收与散射分离，从而提取血氧饱和度。本文设计了一种光学生物传感器，采用单个 655 nm 红色 LED 和多...
本文提出一种基于马赫-曾德尔干涉原理的新型实时光学相位传感方法，用于检测人血清中钙网蛋白（calreticulin，CRT）水平。该方法利用抗CRT抗体捕获血清中的CRT分子，使测量臂和参考臂均发生相位变化；在弱测量框架下引入弱放大，可实时连续监测CRT响应，并在皮摩尔水平精确测定血清CRT含量。与传统免疫学或生化方法相比，该弱测量...
本文报道了一种基于微环谐振器（MRR）阵列的无标记光学传感系统，用于人血清白蛋白（HSA）检测。传感环表面经APTES硅烷化、EDC/NHS交联和PAMAM修饰后固定抗HSA抗体，使HSA特异性结合于微环倏逝场区域。当HSA结合时，局部折射率改变导致微环有效折射率变化，谐振波长发生漂移；系统通过波长询问实时监测相对漂移实现定量检测。...
脓毒症是危及生命的全身炎症反应，需要在“黄金一小时”内经济、准确、快速检测生物标志物以降低患者死亡率。本文提出一种低成本波导增强纳米金链式免疫测定（WENLISA），基于纳米等离子体波导生物传感器，用于快速、高灵敏检测脓毒症相关炎症标志物降钙素原（PCT）。为降低检出限，采用夹心法：捕获抗体固定于波导表面，检测抗体偶联金纳米颗粒，与...
光学生物传感器是将生物信息转换为可检测光学信号的平台，因高灵敏度、高特异性、动态传感等特性在多个领域具有广泛应用。光学传感材料的开发是光学传感器的重要组成部分。本综述重点阐述微流控技术在光学传感材料制备中的作用，以及所得光学传感器在生物医学领域的应用。文章首先介绍常见的光学传感机制及相关功能响应材料，包括表面等离子共振（SPR）、表...
Tamm等离子体极化激元（TPP）是一种纳米光子现象，具有空间强场限制、模式激发容易和偏振无关等优点，在传感、存储、激光、完美吸收、太阳能电池和非线性光学等领域具有应用潜力。本文报道了一种基于TPP共振模式的生物传感平台，并结合传输矩阵法进行理论分析，通过不同折射率液体的非特异性检测以及SARS-CoV-2核衣壳蛋白（N蛋白）的特异...
人类等营养缺陷型灵长类依赖外源性膳食维生素B9补充满足代谢需求。叶酸在核苷酸合成和DNA甲基化中起关键作用。孕妇叶酸缺乏可导致多种妊娠并发症、围产期缺陷和儿童早期认知障碍。新证据提示过量叶酸可能引起不良基因组和表观基因组改变，因此需持续监测孕期母体叶酸水平。然而目前尚无商业化即时检测叶酸生物传感器。本文系统评述叶酸生物传感器进展，分...
白细胞介素-6（IL-6）是一种具有多效性的促炎细胞因子，在多种急性、慢性及感染性疾病中发挥重要的病理性促炎作用，并参与免疫调节、造血、组织修复、炎症、肿瘤发生、代谢控制和睡眠等多种生物学过程。由于IL-6可作为多种疾病的诊断与预后生物标志物，实现其低浓度和高选择性检测在医学和生物学领域具有重要意义。目前，酶联免疫吸附试验（ELIS...
本文提出两种基于带缺陷层的一维二元光子晶体（硅/空气薄膜）的高灵敏、紧凑生物传感器，具有超高品质因子。所设计的非对称与对称传感器在缺陷层两侧仅含两至五个周期，并以正常细胞群（INOK）和癌细胞群（YD-10B）为研究对象。研究考察了硅层厚度、空气层厚度、缺陷层厚度、基底位置、周期数和入射角等参数对传感器性能的影响，并基于灵敏度进行优...
开发标准光学生物传感器通常需要耗时的仿真流程。为减少时间与工作量，本文提出利用机器学习预测光学生物传感器关键参数。研究以光子晶体光纤（PCF）结构为基础，将芯半径、包层半径、周期、分析物折射率和波长作为输入向量，预测有效折射指数、芯功率、总功率和有效面积等参数。作者使用COMSOL Multiphysics有限元仿真构建平衡数据集，...
G蛋白偶联受体（GPCR）是最大的跨膜受体家族，通过异源三聚体G蛋白（Gαβγ）介导多种生理过程。由于GPCR在生物调控和药物靶点中的关键作用，能够测量其信号活性的工具具有重要价值。活细胞生物传感器可检测GPCR刺激后G蛋白活性，已成为研究GPCR/G蛋白信号的有效方法。本文详述利用基于生物发光共振能量转移（BRET）的光学生物传感...
microRNA（miRNA）是由约22个核苷酸组成的小非编码RNA，在多种生理功能与疾病调控中发挥重要作用。近十年来，miRNA在癌症中的表达谱研究受到广泛关注。实时荧光定量PCR（RT-qPCR）、微阵列和小RNA测序是过去30年常用的miRNA检测金标准方法。纳米技术的发展推动了纳米结构生物传感器的构建，使其在诊断领域得到广泛...
本文提出并数值演示了一种可同时工作于TE和TM偏振的新型混合多模干涉仪（MMI）传感器件。模拟采用633 nm波长，面向未来生物传感器应用，也可扩展至其他波长与传感场景。通过设计低纵横比多模波导芯，TE基模与TM高阶模的场限制特性显著不同：TE00主要限制在Si3N4芯内，与包层相互作用弱；TM01大部分能量进入包层，对包层折射率变...
持续变异的SARS-CoV-2引发多轮新冠疫情，给现有诊断和治疗带来挑战。早期即时检测（POC）生物传感器对及时控制病死率至关重要。当前SARS-CoV-2生物传感器的发展重点在于构建可覆盖多种变异株和生物标志物的单一平台，以实现精准检测与监测。纳米光子生物传感器已成为诊断COVID-19的“单一平台”，可应对病毒持续变异问题。本综...