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...
皮肤癌是全球常见且危及生命的恶性肿瘤，早期检测对提高治疗成功率至关重要。本文提出一种基于石墨烯、银（Ag）和二氧化硅（SiO2）的多层表面等离子共振（SPR）生物传感器设计，用于皮肤癌生物标志物的早期识别。该结构采用金属-绝缘体-金属（MIM）构型，其中 Ag 提供强等离子体响应，SiO2 作为介电隔离层，石墨烯作为可调纳米材料层，...
本研究提出一种经机器学习优化的石墨烯基生物传感器，用于乳腺癌的早期精准检测，旨在提升诊断可靠性与临床效能。该器件采用多层 Ag–SiO₂–Ag 结构放大光学响应，实现峰值灵敏度 1785 nm/RIU。机器学习模型用于优化结构参数，从而系统提升检测精度与可重复性。优化后的设计相比传统生物传感器构型表现出更高灵敏度，凸显其在生物分析应...
高灵敏度与高品质因子是实现优异光子生物传感性能的关键，但强光场局域与高生物分子相互作用往往难以同时满足。本文报道一种将纳米光子超表面嵌入垂直微腔的全介质“超腔”（metacavity）生物传感器，使分析物溶液直接作为腔介质，以最大化光-分析物相互作用。通过仿真优化，该结构兼具高结构鲁棒性、高 Q 因子与高灵敏度。结合阳极氧化铝模板技...
近年来，超材料与超表面因具有异常光学和电学性质而受到广泛关注。超材料是同时呈现负介电常数和负磁导率的人工周期性结构；超表面是其二维类似物，具有较小但不可忽略的厚度。凭借高光学限制和可调光学谐振，这些人工工程材料成为生物传感的可行光子平台。本文综述了基于吉赫兹、太赫兹和光学频率域的超材料与超表面生物传感最新进展，覆盖整个电磁频谱，并按...
太赫兹（THz）传感器因对生物化学样品具有非破坏性和无接触检测优势而受到关注。准束缚态在连续谱（quasi-BIC, QBIC）概念为设计超高灵敏度生物传感器提供了新途径，基于QBIC的超表面（MS）在传感、光开关和激光等应用中表现优异，可作为太赫兹生物材料传感平台。本研究设计了一种结构工程化的THz MS，由周期性“双C”金属阵列...
本文提出一种利用多项式回归进行行为预测的传感器，用于优化吸收体与传感器性能。作者分析了三种石墨烯基超表面结构：双开口环谐振器（GDSRR）、单开口环谐振器（GSSRR）以及带细线的单开口环谐振器（GSSRRTW），通过比较不同设计与参数变化以获得最高灵敏度。结果表明，双开口环谐振器和单开口环谐振器设计可获得最高灵敏度；不同参数厚度变...
快速检测结核分枝杆菌对降低结核病危害具有重要意义。本文提出一种无标记石墨烯基折射率生物传感器，并结合机器学习方法用于检测结核分枝杆菌。该传感器通过分析基底厚度、谐振器厚度和入射角等参数实现更高灵敏度。机器学习用于预测不同波长下的吸收值，模型应用于入射角、基底厚度、谐振器厚度和石墨烯化学势四个参数。十字形超表面置于石墨烯-二氧化硅混合...
光子器件性能取决于对光流的控制效率。近年来，等离子体、二维材料和超材料通过亚波长光场限制和动态波前调控增强光-物质相互作用，被用于光谱、成像和光学传感。石墨烯、MoS2等二维材料在光学传感中仍被探索，而等离子体和超材料应用受限于贵金属电子密度调控困难及金属吸收导致的高光学损耗。因此，传感器件需要在纳米尺度通过电场或光场变化实现低损耗...
本文提出一种自由站立太赫兹超表面生物传感器，基于法向入射透射模式下的非对称 S 形互补谐振器。每个超表面单元由两个镜像 S 形槽臂构成，通过改变其中一臂尺寸调节几何非对称性，从而激发非对称准束缚态在连续谱（quasi-BIC）共振，实现强场限制，有利于生物传感。作者考察了该结构作为葡萄糖浓度传感器的性能，检测范围覆盖 54–342 ...
电偶极共振通常因强自由空间耦合和高辐射损耗而具有低品质因子和宽共振线宽。本文提出通过环形偶极干涉增强电共振品质因子的策略。为验证该策略，设计了由两个谐振器组成的超表面，分别对应电偶极和环形偶极。根据两种偶极模式的相长和相消混合，与常规电偶极共振相比，两个混合模式分别表现出增强和降低的品质因子。作为高Q共振的实际应用，进一步实验研究了...
利用等离子体材料增强电化学发光（ECL）是提升超灵敏生物检测灵敏度的重要方向，但如何充分理解并有效利用等离子体效应仍具挑战。本文通过水相核壳纳米工程制备二氧化硅包覆金纳米粒子（Au@SiO2 NPs），精细调控金核与二氧化硅壳尺寸，并通过液-液界面自组装将其构筑为致密单层纳米膜，再漂浮转移至氧化铟锡（ITO）电极表面，形成二维等离子...
超表面按结构特征可分为反射阵列和透射阵列两类。本文针对 y 偏振入射设计了一种透射阵列超表面，其透射谱具有宽度小于 3 nm 的窄带凹陷。通过调节矩形散射体的线性几何参数，实现了 x 与 y 偏振入射透射率比在 0.031% 至 1% 范围内可调的偏振器。基于该偏振器的窄带偏振敏感性，进一步设计了可见光波段生物传感器，用于检测 1....
电磁超材料（MMs）和超表面（MSs）是由亚波长间隔的超原子构成的人工介质与表面，用于异常调控光波特性。由于金属或介质超原子具有较大散射截面，它们不仅能在深亚波长体积内局域强电磁场，还可借助超紧凑装置对入射光信号进行分解与分析。通过探测分析物层与光学MMs或MSs之间显著增强相互作用所引起的共振光谱响应，折射率传感已成为光子学领域重...