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...
在光学器件中，同时保持高灵敏度与高优值（FoM）对作为生物传感器实现极低检出限（LoD）至关重要。本文在D形单模光纤上制备了由纳米组装层构成的一维光子晶体，用于产生Bloch表面波（BSW）共振。通过提高高低折射率纳米层之间的对比度并降低损耗，该结构不仅获得高灵敏度，还使共振带宽变窄，从而显著提升FoM。作者首先进行了体相折射率灵敏...
无标记相互作用分析在诊断和治疗中日益重要。人血清白蛋白（HSA）是血液关键转运蛋白，具有多个配体结合位点；化合物与 HSA 的结合亲和力对药学和新药开发至关重要。Anthriscus sylvestris 根中的芳基四氢萘木脂素是潜在抗肿瘤候选物，但其与生物分子的相互作用尚未阐明。本文采用无标记光栅耦合干涉仪（GCI）生物传感方法，...
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，...
本文报道了一种基于超窄带包层模谐振的高反射光纤布拉格光栅（FBG）无标记生物传感平台，用于生物分子检测。该传感器利用多模光纤（MMF）前向传播导模与FBG反向传播导包层模之间的耦合，在不损伤光纤结构、不改变标准FBG制备工艺的情况下激发多个对周围折射率（RI）高度敏感的包层模。典型包层模谐振的半高全宽（FWHM）为80 pm，Q因子...
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...
太赫兹（THz）成像技术因低光子能量、非电离特性及其超宽带谱与多种分子振动共振的可比性，在生物医学成像中具有重要潜力。然而，在无标记配置下，生物材料的有效信号常被强烈的水吸收所掩盖，且THz波段不同生物组织间光学常数差异较小，限制了实际应用。本文利用纳米尺度槽阵列对THz场进行局域化和增强，展示了具有更高颜色对比度的先进THz成像方...
回音壁模式谐振器激光器有望实现极低本征检出限，但现有配置复杂且稳健性不足，限制了其在生物传感中的广泛应用。本文报道了一种集成 Al2O3:Yb3+ 微盘激光器的无标记生物传感器。选用 Al2O3:Yb3+ 是因为其光学损耗低，且发射位于 1020–1050 nm，处于水吸收带之外。器件在水环境中实现 1024 nm 单模激光输出，线...
适配体生物传感器是生物传感领域的重要技术，其性能高度依赖于适配体在传感表面上的高效、可控固定。本文提出以链霉亲和素化学修饰的纳米孔阳极氧化铝（NAA）作为适配体固定平台，用于固定生物素化凝血酶结合适配体（TBA）。利用反射干涉光谱（RIfS）对TBA在NAA孔道内壁上的固定过程进行实时监测，系统表征了从氨基硅烷化、生物素偶联、链霉亲...
模体积重叠因子是决定传感器灵敏度的关键参数。过去数十年，许多方法被提出以提高光场与分析物的重叠，但受限于硅上绝缘体（SOI）平台沿垂直方向的不对称折射率分布，亚波长光栅超材料（SGM）波导传感器的灵敏度进一步提升面临挑战。本文提出并演示了基座型SGM微环谐振器，通过受控undercut蚀刻形成基座结构，降低垂直方向折射率不对称性，从...
为并行分析数百至数千个分子相互作用，高通量生物传感系统被广泛发展。本研究采用成熟的凝血酶DNA适配体检测体系，比较三种无标记高通量成像系统（自研iRIf、bscreen SCORE和IBIS-MX96 SPRi）以及分析软件和操作人员的影响，并以Octet-RED96 BLI、Biacore3000 SPR和Monolith-NT....
活细胞通过向周围环境施加机械力来调控黏附、迁移、生长、分化等重要功能，阐明这些力模式有助于理解生命物理过程。本文报道一种自上而下制备的超柔性纳米线阵列生物传感器，用于探测细胞诱导的机械力。该器件的基本单元为倒锥形半导体纳米线，其小弹簧常数和高反射头部显著提高了功能与灵敏度。与现有细胞力传感结构不同，本传感器在纳米线头部进行光学显微成...
导电氧化铟锡（ITO）和非导电玻璃基底通过 550 °C 退火 8 h 成功修饰，形成嵌入金纳米颗粒（AuNPs）。作者采用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）表征 AuNPs 的形成，并比较不同纳米结构玻璃在 Hsp70 生物传感中的分析性能。人热休克蛋白 Hsp70 是一种 ATP 驱动的分子伴侣，被选作机体应激相关...
本文报道了迄今首个基于光纤内微腔马赫-曾德尔干涉仪（µIMZI）的选择性无标记生物传感研究。传感结构通过飞秒激光微加工在单模光纤中制备，形成直径约50 µm的微腔。与以往仅研究微腔内折射率变化的工作不同，本研究通过化学表面修饰赋予传感器检测特异性。作者将MS2噬菌体固定化在功能化表面作为识别元件，使其特异性靶向活大肠杆菌C3000菌...
本文报道了一种无标记、高灵敏的光纤生物传感器，用于生物分子的在线检测与定量。该传感器利用刻蚀光纤布拉格光栅（eFBG）在反射模式下产生窄带布拉格波长峰的优势。光栅通过高聚焦飞秒脉冲激光的非线性吸收过程逐点写入，无需预先去除光纤涂层或特殊掺杂。通过氢氟酸刻蚀去除光纤包层，使布拉格波长峰对周围折射率（SRI）产生敏感响应，从而满足生化传...
针对快速、准确检测生物分子的高性能生物传感器需求，本文系统研究了一种带反馈环的非均匀光子晶体波导（NUPhCW）无标记光学生物传感器。该器件基于绝缘体上硅（SOI）平台，在0.45 μm宽硅脊波导中周期刻蚀半径抛物线渐变的非均匀孔和均匀孔，形成一维光子晶体腔；通过引入反馈环构成等效微环谐振器（MRR），使NUPhCW与MRR在零失谐...
本文报道了一种全电子、无标记、温度可控的生物传感平台，旨在克服宽范围电解质盐浓度下的德拜屏蔽限制。该平台基于改进的90 nm CMOS集成电路，集成纳米电容器阵列、读出电路和模数转换电路，并配备带NIOS II软处理器的FPGA接口板。作者详细描述了芯片加工、封装、微流控、温度控制以及用于降低系统误差的校准与补偿流程，从而构成完整的...
具有离子敏感性的GaInAsP半导体，其发射强度会随表面电荷变化而改变。本研究提出一种基于GaInAsP光子晶体纳米激光器的生物传感技术，用于无标记、无光谱分析地检测神经精神疾病候选生物标志物坍缩反应介导蛋白2（CRMP2）。CRMP2存在于外周白细胞中，是精神分裂症等疾病潜在标志物。作者制备CRMP2标准蛋白，并加入十二烷基硫酸钠...
本文设计并研究了用于生物传感的硅氧氮化物（SiON）微环光子结构。作者设计了波导、定向耦合器和跑道型谐振器，以测量小于10−6折射率单位（RIU）的折射率变化。通过测试不同SiON折射率样品及波导尺寸，筛选出性能最佳的传感器，并在测试结构上测量了传播损耗和弯曲损耗，同时完成了谐振器性能的完整表征。利用葡萄糖水溶液测量了灵敏度和检出限...
本文报道了利用原子层沉积（ALD）在光子晶体（PC）带边激光器（BEL）表面形成超薄保形介电钝化层，并将其用于无标记生物传感。空气桥型Γ点带边激光器由InGaAsP多量子阱外延层中的蜂窝状二维光子晶体结构构成。ALD在整个器件表面沉积数纳米厚SiO2层，覆盖空气桥膜上下表面及空气孔侧壁。尽管厚度极薄，该钝化层仍能有效保护InGaAs...