电场辅助局部功能化是一种无掩模技术，通常在水弯液面范式下用于纳米尺度。作者利用自制原型将该技术扩展到与生物传感器工业兼容的数十微米尺度，但解释这些结果需要新的物理范式。本文从第一性物理原理出发，对二维材料在局域电场下氧化区域随时间的横向扩展进行建模。模型对氧化区边界处含氧阴离子（OH−）的共价嵌入采用玻尔兹曼统计，提出氧化半径与时间...
石英音叉（QTF）因对物理量高灵敏、成本低、频率稳定且品质因数高，在生物传感器领域具有应用前景，但其尺寸小且叉臂表面修饰困难，限制了实验研究。本研究开发了一种由生物相容性天然黑色素纳米颗粒（MNPs）、戊二醛（GLU）和抗IgG抗体三层组成的QTF免疫传感器，用于检测免疫球蛋白G（IgG）。利用Asensis QTF F-maste...
基于表面声波（SAW）的生物传感器因高灵敏度、实时响应能力和无标记检测而具有独特优势。典型SAW模式为Rayleigh模式和剪切水平（SH）模式。二者在生物传感应用中各有优缺点，通常需要不同基底和器件几何结构才能有效激发。本研究在铌酸锂上研究并表征了SAW谐振器生物传感器所生成的模式及生物传感性能。结果显示，器件同时存在两个典型SA...
本文采用有限元方法对用于检测SARS-CoV-2的微流控生物传感器性能进行数值分析，并将计算结果与文献中报道的实验数据进行比较以验证模型。研究的新颖性在于引入Taguchi方法开展优化分析，设计L8(2^5)正交表，考察雷诺数（Re）、Damköhler数（Da）、相对吸附容量（r）、平衡解离常数（KD）和Schmidt数（Sc）五...
为快速检测新型冠状病毒（COVID-19），本文提出一种高灵敏D形镀金表面等离子共振（SPR）生物传感器。该SPR生物传感器可快速、准确识别新冠病毒，对遏制疫情传播具有重要意义。所提传感器用于检测传染性支气管炎病毒（IBV）污染细胞，该细胞属于COVID-19相关病毒家族，其折射率随EID浓度变化可表现为-0.96、-0.97、-0...
低折射率液体分析物的实时、原位和高精度检测在医学与生物学中具有重要意义，血样中血浆浓度的准确检测是生物传感器的重要应用之一。本文报道了一种基于空心微结构光纤（HC-MOF）的高灵敏生物传感器，用于检测低折射率液体分析物，并重点研究血液样品中血浆浓度的检测。作者利用光子带隙导波机制，说明血浆浓度变化会改变 HC-MOF 的传输光谱。通...
本研究采用田口方法优化一种集成流约束微流控生物传感器的性能，用于快速检测严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）。该传感器由生物识别元件与换能器组成，其性能与灵敏度、特异性、可靠性和快速检测能力密切相关。作者首先建立微通道内流体流动、分析物传质和抗原-抗体结合动力学的物理模型，并用有限元法求解；模型通过与已有实验结果比...
本研究针对非均相微流控免疫分析中SARS-CoV-2 S蛋白（目标分析物）与固定抗体（配体）的结合反应动力学，开展了三维有限元模拟。作者设计了两种具有不同反应表面形状和电极几何结构的微流控生物传感器：一种反应面为圆盘，另一种为环形，二者均位于微通道底壁并距入口100 μm。模拟中在电极上施加交流电压，利用交流电热（ACET）力扰动流...
体外动力学测量可用于表征结合相互作用的机制，在药物发现中从早期靶点确认到临床前优化均具有重要价值。早期化合物常呈现瞬态动力学，难以在常规药物发现中测量；例如不可逆抑制剂传统上依赖烷基化速率常数，但该指标无法解析驱动可逆结合与亲和力复合物失活的基本速率常数，接近扩散极限的极快结合过程也难以测量。为此，本文提出一种实用的动力学再结合检测...
2019冠状病毒病（COVID-19）作为典型气溶胶传播疾病，凸显了对空气传播病毒进行快速监测与检测的迫切需求。本文通过数值建模研究金属芯压电纤维/环氧基复合材料的动态机电响应，并将其设计为用于病毒检测的质量负载生物传感器。模型中，对中间压电纤维施加交流电场，使复合材料发生振动；同时采用集中载荷和分布载荷模拟生物标志物与病毒结合后引...
传统病原菌检测方法依赖实验室、耗时长且需要专业人员。微电极可借助介电阻抗谱识别有害微生物，但电极的空间尺寸与布局至关重要，因为相应电场分布决定灵敏度、信噪比和动态范围等传感器参数。为此，作者建立并评估了多种阻抗生物传感器模型，利用 COMSOL 对 2D 和 3D 结构进行有限元模拟。研究测试了不同电极形状，验证了激励幅度对电场梯度...
本文利用有限元法直接求解麦克斯韦方程，研究磁阻抗（MI）传感器检测超顺磁性磁性纳米颗粒（MNP）存在与浓度的性能。对于未被外磁场充分磁化的超顺磁颗粒，假设MI传感器对颗粒的响应主要来源于颗粒等效磁导率对传感器阻抗的影响，而非颗粒产生的杂散磁场。模拟将MNP液滴置于微带传输线中的MI敏感导体上，通过改变颗粒系统磁导率μP来代表不同浓度...
本研究采用有限元方法（FEM）对静态模式悬浮微悬臂梁模型进行模拟，考察牛顿流体和非牛顿流体中微悬臂梁梁体的偏转。研究目标是设计并模拟一种悬浮微悬臂梁生物传感器，用于测定流体的动态粘度，并分析血液红细胞压积与传感器灵敏度之间的关系。该生物传感器为微结构，由嵌入微悬臂梁中的微流道组成。通过流体-结构相互作用（FSI）模拟，研究不同动态粘...
氮化镓（GaN）是继硅之后工业界第二受欢迎的半导体材料，广泛应用于发光二极管（LED）和功率电子领域。其压电特性使其成为开发多种微机电系统（MEMS）应用的有前景的机电材料。本文采用有限元方法（FEM）对 GaN/蓝宝石分层结构中表面模式传播进行了理论研究，重点考察 Rayleigh 模式和 Sezawa 模式在不同导波层存在下的传...
错位边对边二聚体是银纳米棱镜二聚体自组装制备中的常见产物。然而，自组装过程中，银纳米棱镜在酸性环境中易氧化，因而容易被截断。本文通过在错位边对边二聚体中模拟截断银纳米棱镜，有助于更好地理解截断和错位对二聚体局域表面等离子共振（LSPR）的影响。通过改变二聚体的错位长度，可灵活调节其共振波长和强度。随着错位长度增加，观察到较短波长处出...
本文报道了一种用于金纳米粒子增强生物传感器系统的微加工互指电极芯片设计。该电极有望实现简单、准确、低成本且便携的生物传感，并可应用于临床诊断、医学研究和环境检测。为确定最优电极设计，作者使用 COMSOL Multiphysics 软件开展有限元分析模拟，研究互指电极几何尺寸、金纳米粒子结合以及不同电极材料对阻抗响应的影响。模拟结果...
本文报道了三种生物传感器流槽的效率。三种流槽均在传感元件附近设有扩展的中央通道，以提供相同直径的活性区，但通道扩张与收缩速率不同。对每种流槽，作者采用有限元模型数值计算，并用流动荧光技术实验测定传感室内分析物浓度对进料分析物浓度变化的响应速率。结果表明，三种设计在流速增加时效率均下降，原因是扩散相对于平流的重要性增加，且效率受再循环...
基于集成光子器件的无标记光学生物传感器已实现对生物分析物的灵敏、选择性检测。将这些传感平台集成到微流控器件中，可减少所需样品体积，并加快样品向传感表面的递送，从而改善响应时间。传统器件通常嵌入或邻近基底，有效传感区位于微流控通道底部的慢流区，降低了样品递送效率。近期发展的悬浮波导传感器将器件抬离基底，使传感区不接触基底；该结构将传感...
本文对光流控环谐振器（OFRR）生物传感器在回音壁模式（WGM）下的光学特性进行了数值表征。OFRR 由玻璃毛细管环、光纤波导以及二者之间的间隙构成，光在环内以 WGM 传播，实现微小型化并延长光与样品的有效相互作用时间。研究采用 COMSOL Multiphysics 有限元法求解 Maxwell 方程，考察环直径、环厚度、波导宽...
多孔基底因分子识别型生物传感器应用而受到广泛关注，亟需系统研究限制分子向多孔基质内传输的参数及其随孔几何结构变化的规律。本文采用有限元模拟（FES）和时间分辨光波导光谱（OWS），系统研究分子在多孔材料内表面的传输与结合。OWS 用于测定蛋白在多孔阳极氧化铝（AAO）膜内的吸附动力学，该膜由平行排列的圆柱孔组成，孔半径为10–40 ...