中红外光谱可提供细菌生物膜分析的分子指纹信息，但薄生物膜层的吸收信号通常较弱。本文设计了一种超表面增强中红外生物传感器，用于增强金黄色葡萄球菌生物膜的指纹响应。通过傅里叶变换红外光谱测量生物膜透射谱，并利用原子力显微镜边缘台阶高度法获得膜厚，据此提取有效消光系数并用于有限差分时间域模拟。随后优化金属-绝缘体-金属超表面，使其覆盖中红...
金和银纳米颗粒因其彩色胶体溶液和优异应用而受到关注。比较二者局域表面等离子共振（LSPR）对理解与优化光学性质至关重要，可指导高灵敏等离子体传感器设计、表面增强红外光谱（SEIRA）与生物医学成像中纳米颗粒选择，以及基于催化和光热性质选择金或银。本研究开发两种结合偏最小二乘回归（PLSR）化学计量工具的 SEIRA 方法，基于在玻璃...
石墨烯中的表面等离激元可增强中红外光谱性能，而中红外振动共振是研究有机分子组成与构象的关键。本文理论演示了一种基于压电基底上石墨烯范德华异质结构的等离激元生物传感器，其中远场光通过表面声波（SAW）耦合到表面等离激元-声子极化激元（SPPP）。SAW 形成电学可控的虚拟衍射光栅，避免对二维材料进行图案化，从而减少限制极化激元寿命的边...
新型冠状病毒（SARS-CoV-2/COVID-19）因强传染性在全球快速传播，传统诊断方法检测耗时长，不利于大规模筛查和早期识别感染者。本文开发了一种基于表面增强红外吸收（SEIRA）的快速、超灵敏、多功能等离激元生物传感器，用于新冠现场诊断。研究利用遗传算法（GA）智能程序自动设计并快速优化金属纳米结构，以增强传感性能。结果表明...
微小RNA在早期发育、细胞增殖、凋亡和死亡中发挥重要作用，并在多种癌症中异常表达，因此无创、定量检测 microRNA 对早期癌症诊断至关重要。本文报道了一种基于表面增强红外吸收（SEIRA）的等离激元生物传感器，用于快速、无标记、超灵敏检测 miR-155。该传感器利用超材料完美吸收体（MPA）激发 SEIRA 效应，在 micr...
本文提出并演示了一种基于等离子体超表面的传感平台，用于检测极低浓度的脱氧核糖核酸（DNA）片段。该平台采用表面增强红外吸收（SEIRA）光谱，并通过多光谱超表面实现：将不同区域设计为“像素”，分别覆盖单一分析物从功能基团区到指纹区的中红外波段。结合适当的生物功能化，可实现对特定分子的无标记、唯一识别。实验验证中，作者在硅芯片上制备大...
实时原位检测水溶液对生物分析和化学反应至关重要，但红外显微测量常受水强吸收背景干扰。本文提出一种宽带可调石墨烯等离子体红外生物传感器，用于水环境中生物分子检测。该传感器采用Otto棱镜衰减全反射（ATR）构型，并结合石墨烯纳米带中强局域等离子体，利用石墨烯等离子体电场增强识别分子化学指纹，避免水吸收干扰。以重组蛋白A/G和山羊抗小鼠...
近年来，中红外（MIR）光谱已成为多种分析传感任务中灵活而强大的工具。衰减全反射（ATR）技术因可接近实时、非破坏性检测而受到关注；其核心是采样界面，即ATR波导及其材料性质，需保证倏逝场与样品间高效光子-分子相互作用。砷化镓（GaAs）是硅、硒化锌和金刚石等常用ATR波导材料之外的一种通用替代材料。本文首次将GaAs基内反射元件与...
本研究提出一种无标记多共振石墨烯基生物传感器，采用周期性石墨烯纳米带，用于中红外区域检测复合振动指纹。生物分子的多个振动信号可通过透射谱中不同共振同时增强和检测。每个透射谷可通过改变施加于相应石墨烯纳米带的栅压独立调谐。文章研究并优化几何参数以获得优异传感性能，并以近似方式评估检出限。此外，该生物传感器可在宽入射角范围内工作。文中描...
许多生物过程依赖脂质膜与蛋白质之间的复杂相互作用。为理解这些动态过程，需要在无侵入标记条件下区分不同生物分子组分并追踪其各自时间演化。本文提出一种无标记中红外生物传感器，可在异质生物样品中以高灵敏度区分多种分析物。该技术利用多共振超表面同时增强多种生物分子的不同振动指纹，在酰胺和亚甲基波段提供最高1000倍近场强度增强，从而实时分辨...
在生理条件下对微量样品中蛋白构象变化进行动态检测，对于理解健康与疾病中蛋白功能的结构决定因素，以及开发蛋白错误折叠和聚集疾病的检测与诊断方法具有重要意义。本文实验展示了中红外等离激元生物传感器在水溶液中纳米尺度实时、原位分析蛋白二级结构的能力。作者实现了无标记、超灵敏地动态监测与疾病相关的α-突触核蛋白（α-synuclein, α...
等离子体纳米天线凭借强共振近场，为中红外吸收光谱提供了超灵敏检测生物分子结构特征的新应用。蛋白酰胺I指纹包含对理解健康与疾病中蛋白功能至关重要的构象信息。本文提出一种无创、无标记的中红外纳米天线阵列传感器，通过解析等离子体增强的酰胺I信号，在水溶液中识别纳米级薄蛋白层的二级结构。我们成功检测到与α-突触核蛋白聚集相关的从随机卷曲到交...
本文报道了一种基于金不对称纳米天线的超灵敏生物传感器，用于增强并检测17β-雌二醇（E2）分子中C-H键的中红外振动共振。传感器由排列成阵列的不对称分裂H形（ASH）金纳米天线构成，其等离子体共振被调谐至C-H键振动区，在反射谱中形成双峰。作者通过FTIR反射谱测量和FDTD数值模拟，对沉积在ASH阵列上的E2薄膜进行了检测。结果显...
反射干涉光谱（RIfS）在可见光区已成熟，通过测量敏感层光学厚度变化来检测分析物结合。将其工作波段移至中红外区后，传感器除厚度信息外还可获得分子弱吸收指纹，但水溶液中的吸收信号通常较弱。本文提出利用表面增强红外吸收（SEIRA）放大中红外指纹信号，并以水在约3300 cm−1处的宽OH伸缩/弯曲倍频吸收带作为模型体系进行演示。实验在...
本文报道了一种基于表面增强红外吸收（SEIRA）的红外等离激元生物传感器，用于在水溶液中无标记、实时监测仿生脂质膜。该传感器由电子束光刻制备的金纳米天线阵列构成，天线位于氟化钙（CaF2）基底上，并通过原子层沉积（ALD）修饰二氧化硅（SiO2）等薄层，以支持脂质囊泡吸附、破裂并形成支持脂质双层（SLB）。红外光激发纳米天线的局域表...