Microfluidic preparation of optical sensors for biomedical applications.
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 Plasmon Polariton Biosensors Based on Porous Silicon: Design, Validation and Analysis.
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...
Advances in Folic Acid Biosensors and Their Significance in Maternal, Perinatal, and Paediatric Preventive Medicine.
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...
Recent Progresses in Optical Biosensors for Interleukin 6 Detection.
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...
Highly sensitive asymmetric and symmetric cancer sensors with ultra-high-quality factor and resolution power.
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...
PreOBP_ML: Machine Learning Algorithms for Prediction of Optical Biosensor Parameters.
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，...
Detecting GPCR Signals With Optical Biosensors of Gα-GTP in Cell Lines and Primary Cell Cultures.
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 Detection via Nanostructured Biochips for Early Cancer Diagnostics.
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...
Design of a novel hybrid multimode interferometer operating with both TE and TM polarizations for sensing applications.
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...
Next-generation nanophotonic-enabled biosensors for intelligent diagnosis of SARS-CoV-2 variants.
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...
Optical Biosensors and Their Applications for the Detection of Water Pollutants.
准确检测并定量水体中的污染物是环境监管的关键。生物传感器具有样品前处理少、测量时间短、特异性与灵敏度高、检测限低等优势。本综述系统梳理光学生物传感器用于水污染物检测的最新进展，重点讨论其生物识别元件、光学换能器工作原理以及典型应用。文献统计显示，荧光型生物传感器约占33%，表面等离子共振（SPR）约占28%；SPR在检测限方面总体表...
The Use of Sensors in Blood-Brain Barrier-on-a-Chip Devices: Current Practice and Future Directions.
微流控芯片技术使体外细胞培养从静态培养小室发展为可模拟生理功能的器官芯片模型，血脑屏障（BBB）芯片尤其受益。BBB 是血管系统中屏障性最强的内皮屏障，具有高跨内皮电阻和低被动通透性，在循环与脑组织之间形成受控界面。多细胞动态 BBB-on-chip 模型可作为昂贵动物实验或静态培养方法的替代。将集成生物传感器与 BBB 芯片结合，...
Optical Glucose Sensors Based on Chitosan-Capped ZnS-Doped Mn Nanomaterials.
本文提出一种基于壳聚糖包覆Mn掺杂ZnS纳米材料吸收光谱与光致发光（PL）光谱的快速、简便、可靠葡萄糖传感器。该传感器在0.125–0.636 mM（2.3–11.4 mg/dL）葡萄糖范围内工作，检出限为0.125 mM（2.3 mg/dL），显著低于低血糖水平70 mg/dL（3.9 mM）。壳聚糖包覆使ZnS/Mn纳米材料保持...
Recent Progress on Optical Biosensors Developed for Nucleic Acid Detection Related to Infectious Viral Diseases.
光学生物传感器相比ELISA、RT-PCR等传统方法，具有直接、快速、免标记、高特异性、高灵敏度、小型化和低成本等优势，可用于多种生物与化学物质的即时检测。本综述聚焦于用于感染性病毒疾病诊断的核酸基光学传感器技术，系统介绍比色、荧光、表面等离子共振（SPR）、倏逝波光学、光纤及生物发光光纤等传感模式的基本原理。文中重点讨论DNA、R...
Overview of Optical Biosensors for Early Cancer Detection: Fundamentals, Applications and Future Perspectives.
传统癌症检测与治疗多依赖手术、化学和放射手段，费用高、耗时长且痛苦，因此亟需开发灵敏、低成本且快速的早期癌症检测技术。光学生物传感器具有高灵敏度、无标记、体积小和抗外部场干扰等优势。本综述系统介绍了用于早期癌症检测的光学生物传感器研究进展，详细讨论其基本原理、灵敏度分析、优势与局限。内容涵盖基于等离子体波导、光子晶体光纤、槽波导和超...
Refractive Index Measurement Using SOI Photodiode with SP Antenna toward SOI CMOS-Compatible Integrated Optical Biosensor.
本文提出一种由绝缘体上硅（SOI）p-n结光电二极管（PD）与表面等离子体（SP）天线构成的新型光学生物传感器。当SP天线衍射光的两个横向波长与SOI PD中的波导模式满足相位匹配条件时，光谱光敏度出现尖锐峰。由于峰波长取决于SP天线周围折射率变化，该器件可用于光学生物传感。在体溶液测量中，折射率检测限为1.11×10−5 RIU，...
Optical Sensing Technologies to Elucidate the Interplay between Plant and Microbes.
植物-微生物互作对生态系统功能和根际过程至关重要。为理解植物与根际微生物之间的通讯通路，必须测量植物和根际中发生的多种过程。本综述首先概述植物如何与周围微生物群落相互作用并受其影响，随后总结用于阐明植物-微生物互作和病原检测的光学生物传感技术。目前，用于检测土壤植物参数或微生物群落的多数生物传感器以基因编码的光学和电化学传感器为主，...
Nanomaterials for optical biosensors in forensic analysis.
生物传感器是一种紧凑型分析装置，能够实时将生物相互作用事件转换为可测量信号，无需额外实验室设备或复杂样品前处理，即可实现灵敏、低成本分析。对于法医分析而言，生物传感器可支持大规模、高通量、高灵敏度筛查，用于检测具有较高证据价值的目标分子。纳米材料因可增强检测能力和信号效率而受到关注。尽管含纳米材料的生物传感器已在医学领域广泛报道，但...