复杂疾病源于相互作用生物分子网络，但多数分析技术只能同时测量有限相互作用。本文提出一种啁啾导模共振（cGMR）光子生物传感器阵列，用于数百个传感位点的多路、无标记生物分子动力学分析。该平台在单芯片上集成322个光子传感器，采用CMOS工艺制造，具有较高重现性（波长灵敏度36.8像素/纳米，标准差1.37像素/纳米）。分子结合引起的光...
许多社会与工业应用需要便携式挥发性有机物（VOC）传感器，例如通过呼吸分析诊断健康状况或监测工业环境以保障工人安全。丙酮是广泛使用的工业溶剂，必须灵敏检测以防止超过职业安全限值的有害暴露。现有传感技术存在工作温度高、功耗大、长期漂移或结构复杂等缺点。本文报道了一种基于导模共振（GMR）的光学气体传感器，可实现手持操作和简单读出。该 ...
复杂体液如全血中生物标志物的快速可靠检测对疾病诊断和监测至关重要，尤其在即时检测场景。本研究开发了一种手持式微流控芯片（lab-on-a-chip, LOC）平台，将芯片内血浆分离与无标记光学生物传感集成，用于实时双通道检测生物标志物。该平台包含两级过滤单元，可高效从全血中分离血浆；同时采用新型梯度光栅周期导模共振（GGP-GMR）...
本研究开发了一种光流控芯片，将导模共振（GMR）传感器集成于微流控芯片中，实现血浆分离与白蛋白无标记检测。微流控芯片内置沉降室，利用血液组分密度差异分离血浆；全血以两阶段受控流速注入，血细胞被截留在沉降室，仅血浆进入GMR传感区。GMR传感器采用塑料复制模塑工艺制备，体相折射率灵敏度为175.66 nm/RIU。表面固定抗白蛋白抗体...
光子生物传感器近年来取得重要进展，凭借光子共振可实现无标记检测，具有高灵敏度并有望用于即时检测。然而，生物界面及抗体等结合分子的高效、可靠固定仍是关键瓶颈，现有多种功能化方案导致性能差异较大。本文研究了一种基于聚多巴胺（PDA）的简单、稳健表面功能化协议，用于硅基光子生物传感器。该策略受贻贝在潮湿环境中利用多巴胺粘附多种表面的启发，...
本研究提出一种基于梯度光栅周期导模共振（GGP-GMR）的手持式生物传感器。与传统 GMR 传感器不同，该器件的光栅周期沿长度方向渐变，使共振波长沿器件长度线性变化。当窄带光正入射时，光在特定光栅周期处发生共振反射，而在其他周期处透射，从而在下方 CMOS 上形成一条暗带；通过监测暗带位移即可确定目标分析物浓度。作者设计并制造了包含...
将生物传感器与智能手机集成已成为检测多种生物分子并替代昂贵实验室仪器的热门方向。本文报道了一种基于梯度光栅周期导模共振（GGP-GMR）的新型智能手机生物传感器系统。该传感器由多个不同周期的光栅组成，每个周期对应并阻挡特定共振波长的光，从而在下方CCD上形成暗带；通过监测暗带位置位移，可确定样品中分子浓度。系统采用LED照明，透射光...
慢性伤口给医疗系统带来沉重负担，但多数伤口仅接受浅表评估，治疗很少基于伤口生物标志物分析。造成这一局限的原因在于，生物标志物采样通常具有侵入性，会破坏创面，且检测与定量需在远离护理现场的实验室完成。本文提出一种新型诊疗系统的诊断元件，可在不破坏伤口的情况下非侵入性采样生物标志物，并在护理点以短时间尺度完成定量。该系统基于热响应水凝胶...
超表面能够在超薄平台上自由操控电磁波，已成为微纳光子学的重要方向。本文提出一种基于二维周期性TiO2介质光栅的全介质高Q折射率传感器，利用导模共振（GMR）实现高灵敏生物传感检测。与传统金属表面等离子体传感器相比，全介质结构具有低损耗、窄线宽和CMOS工艺兼容性等优势。作者采用FDTD方法对结构进行电磁模拟，优化参数为周期P=440...
本文报道了一种基于介电光子晶体的近红外流体折射率传感器的制备与数值研究。该器件由低成本、化学惰性的二氧化硅（SiO2）和五氧化二铌（Nb2O5）薄膜构成，采用离子束溅射沉积形成对称波导结构，并通过聚焦离子束（FIB）铣削光刻制备周期性空气孔光子晶体。文章首先讨论了FIB工艺参数对孔深、侧壁角度和结构轮廓的影响，随后在生物流体折射率范...
本文提出一种用于即时检测（POC）人C反应蛋白（CRP）的快速、高稳定导模共振（GMR）光流体生物传感系统。该系统采用低成本LED作为光源，经500–550 nm带通滤光片和偏振分束器将光分为TM与TE偏振分量：TM光斜入射GMR芯片用于传感，TE光由另一光电探测器采集作为背景信号，用于补偿LED强度漂移和环境噪声。通过加权差分双模...
世界卫生组织预测，抗菌药物耐药性（AMR）将在未来数十年成为全球主要死因之一。抗生素滥用使许多病原菌产生耐药性，细菌生物膜尤其难以清除。因此，亟需非破坏性、无标记的实时技术来研究生物膜形成与成熟，并评估抗生素效率。本文提出一种基于并联互指微电极与纳米电极双阵列的新型光电器件，用于同时开展光学与电学测量以监测细菌生物膜演化。纳米电极区...
导模共振（GMR）传感器因结构简单、检测方案容易、效率高和线宽窄，被广泛用作生物传感器。然而，其应用受限于相对较低的灵敏度（<200 nm/RIU）和较低的品质因数（FOM，<100 1/RIU）。以往研究通常分别提高灵敏度或 FOM。为实现灵敏度和 FOM 的同时增强，作者提出一种金属层辅助双光栅（MADG）结构：在双光栅下方设置...
便携式生物分子检测系统因即时检测需求而受到关注，推动了芯片实验室（LOC）发展。然而，传统检测多依赖荧光测量，需要片外仪器；将光学生物传感器集成到LOC中可简化并小型化系统，但许多光学传感器还需光栅或棱镜等耦合器件，使光路设计复杂。本研究提出一种基于梯度波导厚度导模共振（GWT-GMR）的新型生物传感器，可将光谱信息转换为空间信息，...
全球医疗成本上升和疾病管理新需求推动低成本生物传感方式的发展，例如基于介电共振的无标记光子检测方法。本文利用导模共振（GMR）传感器兼具传感与成像的能力，在未稀释人尿中并行检测多种蛋白生物标志物，包括肌钙蛋白、降钙素原和C反应蛋白。该类生物传感器的关键要求是能够简单、直接地功能化合适抗体，以实现疾病特异性蛋白检测。研究中采用琥珀酰亚...
导模共振（GMR）效应因共振线宽窄、效率高而被广泛用于生物传感，但多数GMR传感器未对品质因数（FOM）进行优化。本文提出一种用于优化GMR传感器FOM的有效设计方法，结合解析模型与数值模拟，系统研究了“光栅–波导”型GMR传感器在波长检测和角度偏移检测方案下的FOM。与先前报道相比，该方法获得了更高的FOM值。对于“波导–光栅”型...
先进生物医学诊断技术在改善社会健康与福祉方面发挥重要作用。许多优秀技术已形成芯片实验室范式，但大多需要额外仪器进行接口与读出，因而常限于实验室，不适合现场或更广泛临床使用；其他技术需要光栅耦合器或光纤耦合器等光耦合元件，使封装复杂化。本文介绍一种基于啁啾导模共振光栅的新型生物传感器。啁啾光栅将传感功能与读出功能相结合，通过把光谱信息...
本文综述了纳米结构光子晶体表面与高光谱反射成像检测仪器相结合的发展与应用。二者共同构成一种新型光学显微镜——光子晶体增强显微镜（PCEM），可实现对生物材料与基底表面相互作用的无标记、定量和动力学监测。PCEM可检测介电纳米颗粒、金属等离子体纳米颗粒、生物分子层和活细胞等广泛材料。由于无需细胞毒性染色或易光漂白荧光染料，PCEM特别...
美国癌症协会估计，每年超过20万女性被诊断为浸润性乳腺癌，约4万人死于该病。人类白细胞抗原（HLA）I类分子将蛋白酶体降解产生的肽段呈递至细胞表面，供细胞毒性T淋巴细胞识别。针对乳腺癌特异性肽/HLA-A*02:01复合物（如MIF19-27和NY-ESO-1157-165）的T细胞受体模拟（TCRm）单克隆抗体，可在缺乏有效抗肿瘤...
本文报道了一种基于亚波长光栅的光子晶体生物传感器，用于在单次测量中解耦表面生物分子结合事件与体相溶液折射率扰动。该传感器利用导模共振（GMR）效应，在单偏振光激励下激发两个光谱位置不同、电场空间分布不同的共振模式：第一共振（约619 nm）电场向体相溶液穿透较深，主要响应体相折射率变化；第二共振（约736 nm）电场更集中于表面，主...