新冠疫情暴发凸显了快速、灵敏抗原检测对疫情防控的重要性。本文报道了一种基于激光外差反馈干涉的表面等离子共振（SPR）生物传感器，用于检测SARS-CoV-2刺突抗原。该传感器通过检测不同抗原浓度引起的微小折射率差异实现检测，将传感单元处的折射率变化经SPR转换为光强变化，从而实现生物样品的无标记、实时检测。激光外差反馈干涉的增益放大...
表面等离子共振（SPR）生物传感器因具有实时、无标记和高检测精度等优点，已应用于食品安全、环境监测和医学诊断等领域。传统SPR结构通常由玻璃棱镜和贵金属构成，但非金金属易氧化，且金属对生物分子吸附能力有限，制约灵敏度。二维材料可提升稳定性并增强生物分子吸附。本文以二硒化铂（PtSe2）作为新型过渡金属二硫化物/二硒化物（TMDs）材...
本文通过数值仿真与实验研究提出一种新型空心微结构光纤（HC-MOF）生物传感器，用于液体折射率测定。该传感器的传感机制基于光子带隙效应，光纤透射峰的位置强烈依赖于填充在光纤空心芯部液体分析物的折射率。作者首先采用有限元方法对 HC-MOF 的导光模式进行设计仿真，随后利用软玻璃材料制备光纤，并搭建由卤素灯光源、透镜准直耦合系统和光谱...
本文提出一种新型表面等离子共振（SPR）生物传感器设计，用于疟疾不同感染阶段的即时检测。该结构由CaF2棱镜、TiO2粘附层、Ag/Au金属层、PtSe2中间层、二维材料（石墨烯/MoS2/WS2）及传感介质组成。采用传输矩阵法（TMM）在优化各层厚度与层数后计算角反射率，并用相位探测技术验证共振角位置；同时利用COMSOL Mul...
本文提出一种基于石墨烯-等离子体纳米结构的血红蛋白浓度传感器。作者将半圆柱形金棒按周期阵列排布，并结合银、二氧化硅和石墨烯多层结构，构建了五种石墨烯-等离子体组合传感结构，用于检测血液样品中的血红蛋白浓度。通过引入不同平板和圆柱形石墨烯层，可改善吸收器的吸收峰强度与共振波长；增加金层可增强入射电磁波的限制并提高吸收因子。研究还考察了...
本文提出一种基于单层石墨烯超材料的超薄双窄带太赫兹吸收体，并将其用于生物传感。石墨烯/介质界面激发的表面等离激元可通过在石墨烯表面捕获双极电荷加以调控。作者在方形石墨烯谐振器中引入环形圆槽，使电荷按所需方式存储并形成双极电荷节点，从而增强单层石墨烯超材料可调、超薄双窄带太赫兹吸收体的性能。利用基模和三阶模表面等离激元，该结构在低带和...
本文设计并理论研究了基于多孔硅（PSi）的一维缺陷环形光子晶体（APC）生物光子传感器，用于检测血清中肌酐浓度。采用圆柱坐标改进传输矩阵法（TMM）分析其透射特性。传感器结构为[(AB)N/2D(AB)N/2/Si]，由两个一维APC和一个填充血清样品的圆柱缺陷层D组成；A、B为孔隙率分别为34%和87%的交替PSi层。该传感器可感...
光学生物传感器是生物分析检测中的高灵敏度器件，血液成分分析对重大疾病检测以及糖尿病、癌症和心血管疾病诊断具有重要意义。本文提出一种三维光子晶体生物传感器，由沸石咪唑酯骨架材料-8（ZIF-8）纳米阵列置于涂覆多聚多巴胺（PDA）的硅基底上构成。该传感器在1.1–1.5 μm波长范围内通过有限差分时间域（FDTD）方法进行设计、模拟和...
本文提出一种由银（Ag）和二氧化钛（TiO2）薄膜交替构成的周期性多层表面等离子共振（SPR）生物传感器。该结构既能防止 Ag 层氧化，又能增强结构内部电磁场，从而提高传感性能。作者采用遗传算法（GA）结合传输矩阵法（TMM）对结构参数进行优化，得到 TiO2 层厚 7.7 nm、Ag 层厚 11.2 nm 的八层交替结构。在传感介...
在新冠疫情背景下，生物检测技术至关重要。本文提出利用先进光纤生物传感器应对SARS-CoV-2及其他人冠状病毒（HCoVs）防控中的两个问题：一方面，将SARS-CoV-2、SARS-CoV和MERS-CoV的三聚体刺突蛋白固定于光纤生物传感器表面，对新冠康复者血液进行并行与串联检测，以筛选能同时识别三种冠状病毒刺突的广谱识别抗体（...
本文提出并数值模拟了一种新型波导型表面等离子共振（SPR）传感器。该传感器由石墨烯覆盖层、金（Au）薄膜和碳化硅（SiC）波导层构成，并制备于二氧化硅/硅（SiO2/Si）基底上。由于 SiC 具有较大带隙，传感器可在可见光和近红外波段工作，从而降低水基传感介质中的光吸收并提高灵敏度。研究通过比较传感介质折射率（RI）变化引起的共振...
基于单模光纤的红外光纤球谐振器是用于折射率传感和生物传感的新兴器件。其可利用CO2激光熔接机快速、低成本制备，但反射谱精细度低且呈准随机指纹，光谱响应与球体尺寸、形状相关性差，传统特征提取解调困难。本文提出一种基于Karhunen-Loeve变换（KLT）的欠采样光谱解调方法，对光背向散射反射计（OBR）测得的反射谱进行低通滤波、降...
本文提出一种基于截断一维光子晶体（1D PC）与狄拉克半金属（BDS）的近红外高灵敏折射率生物传感器理论模型。该传感器采用棱镜耦合结构，由耦合棱镜、TiO2/SiO2 交替一维光子晶体、含 TiO2 与 BDS 的缺陷层以及传感介质层组成。当近红外光经棱镜入射时，在 BDS 与一维光子晶体界面激发 Bloch 表面波（BSW），形成...
本文从理论上研究了一维光子晶体在血浆细胞传感中的应用性能。所提出的器件利用一维光子晶体缺陷腔结构，将待测血浆样品引入缺陷层；当样品中血浆细胞或血浆成分引起缺陷层折射率改变时，光子晶体禁带内的缺陷共振峰位置发生移动，从而实现对样品折射率变化的检测。作者通过改变不同折射率的分析物缺陷层，获得了共振峰位置随折射率变化的规律。在优化结构中，...
本文提出一种由若干交替银（Ag）和氧化锌（ZnO）层构成的双曲超材料表面等离子共振（HMM-SPR）传感器。该传感器采用 Kretschmann 配置，以 BK7 棱镜作为耦合元件，通过反射光谱检测表面等离子共振信号。为获得最优设计，作者系统研究了入射角、交替层厚度和金属填充分数对灵敏度的影响。结果表明，在折射率 1.33 至 1....
本研究成功开发了一种基于氟化交联聚合物布拉格波导光栅的光学生物传感器，用于检测银杏内酯A抑制肺微血管内皮细胞（PMVEC）凋亡的有效药物浓度。合成氟化光敏聚合物SU-8（FSU-8）作为传感核心层，聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为传感窗口包层。通过药理学研究分析并确定银杏内酯A抑制PMVEC凋亡的有效药物浓度范围为5–10 µg/m...
本文提出一种用于改变超薄硅环谐振器基太赫兹（THz）吸收体中多模共振的技术。该吸收体在低带激发磁偶极、在高带激发电偶极，形成双带窄线宽共振。通过在偶极场中心放置非共振石墨烯纳米环，并利用外部静电偏置调节石墨烯化学势，可改变磁偶极与电偶极的场分布，实现频率可调谐和近完美吸收。作者采用传输线法建立等效电路模型，验证了吸收体的工作机理。该...
环谐振器因具有较高Q因子、灵敏度和可小面积阵列化等优势，已成为重要的光学生物传感器。本文针对生物医学传感需求，计算研究了一种具有部分锥形波导的聚合物微环谐振器，旨在提高灵敏度并改善品质因数（FOM）。其核心思想是在锥形波导段中增强光场与待测样品之间的相互作用：将波导宽度逐渐减小至原来的一半，使芯内光场约束降低、倏逝场向包层泄漏增加。...
本文报道了一种基于纳米颗粒的光学生物传感平台，用于检测靶标特异性植物病毒DNA。作者利用衰减全反射（ATR）倏逝波吸收法，在胺功能化表面上研究金纳米颗粒（AuNPs）的结合动力学，并通过监测AuNPs的局域表面等离子共振（LSPR）吸收峰建立折射率传感表面。该表面进一步用于靶标特异性免疫球蛋白G（IgG）抗体—抗原相互作用，将IgG...
本文报道一种基于相变材料 Ge2Sb2Te5（GST）的可调红外超材料生物传感器，工作波段为 1.5–1.65 μm。GST 可随温度在非晶态 aGST 与晶态 cGST 之间转变，从而改变光学常数并实现传感响应可调。作者设计了立方和圆柱形金谐振器阵列（UC1–UC3），以 aGST/cGST 为基底，利用有限元方法模拟不同浓度血红...