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表面等离子共振（SPR）光纤生化传感器以其体积小、抗干扰、灵敏度高、免标记、远程等优点被广泛应用于生化传感、即时现场检测（POCT）、环境监测等领域检测。 它具有广泛的应用潜力。 近日，微电子所健康电子中心陆新超、黄承军课题组在SPR光纤传感器方面取得了一系列重要进展。

基于等离子体-光子腔复合结构，课题组实现了高灵敏度、高稳定性的光纤生化传感器，如图1a所示。 由纳米颗粒组成光纤光谱仪原理，特征峰是通过法布里-珀罗谐振器干涉和局域SPR (LSPR) 之间的耦合共振构建的。 研究结果表明，该传感器具有530nm/RIU的灵敏度，对纳米粒子间距离的波动不敏感，具有优异的稳定性和重复性（DOI: 10.1016/j.snb.2022.132059）。 基于该原理的光纤传感器成功实现了纳摩尔浓度免疫球蛋白G（IgG）和肿瘤标志物PD-L1（IEEETransducers2023）的特异性实时检测。

课题组开发了三维光纤微结构传感方案，解决了传输中的SPR波矢量匹配问题。 如图1b所示，微米级圆台波导集成在光纤端面上，入射波矢量受横向波导限制和纵向圆台斜角的共同控制，高效激发和传输SPR , 实现了 1439nm/RIU 的检测灵敏度。 由于光纤头上的微米级传感结构和浸读检测方法光纤光谱仪原理，该传感器可用于极小体积样品（如 5 μL）的即时检测。 实验表明其对IgG的检出限为1.11nM，为高时空分辨率的生化检测提供了新思路(DOI: 10.1016/j.snb.2023.133647)。

课题组开发了一种基于局域表面等离子体共振暗模的光纤传感器，如图1c所示。 该传感器由通过腐蚀获得的圆柱形波导和吸附在侧壁上的金纳米粒子阵列组成。 通过金粒子阵列的偏振耦合和圆柱波导光传输相位差引起的场滞效应激发金粒子阵列的暗模式。 得益于暗模长的等离子激元寿命和极强的局部场增强，实验获得了2019nm/RIU的高灵敏度，比传统的局域表面等离子体共振亮模光纤传感器（IEEETransducers2023）灵敏度高3到10倍。

基于上述光纤传感器，课题组进一步开发了一套以RGB LED为光源、光电二极管为探测器的小型化、便携式光纤传感系统，解决了实际中依赖大型光源和光谱仪的问题传统SPR光纤传感器的应用。 如图2所示，系统尺寸为12cm×10cm×8cm，重量仅为263g，IgG检测限为9.1nM。 以上数量级。 该工作为进一步推广SPR光纤生化传感技术(DOI: 10.1039/D3AN00028A)的应用提供了一种可能的低成本途径。

上述研究工作得到了科技部和国家自然科学基金的支持。 相关成果近期分别发表在传感器领域国际知名期刊Sensors and Actuators B: Chemical和Analyst上，并被选为Analyst的封面文章（图3）。 部分最新研究成果被传感器领域知名国际会议Transducers2023录用。 微电子所博士生李鑫、王飞分别为文章第一作者，微电子所黄承军研究员、陆新超研究员、张凌谦副研究员、刘红耀副研究员为通讯作者上述文章的作者。

图1 三种表面等离子光纤传感器

图2 小型化、便携式光纤传感系统及其生化检测性能(a)系统照片，(b)IgG检测响应曲线

图3入选Analyst Journal 2023年第8期封面

参考：

1. X. Li 等人，光纤尖端上的等离子体-光子混合配置：走向低成本和小型化生物传感探针。 传感器和执行器 B：Chemical367，132059 (2022)。

2.F.Wang et al., 3Dfiber-probesurfaceplasmonancemicrosensortowardssmallvolumesensing.SensorsandActuatorsB:Chemical384,133647(2023)。

3. X. Li 等人，Aparylene-mediated plasmonic-photonichybrid fiber-opticssensoranditsinstrumentationformiaturizedandself-referencedbiosensing。 分析师 148, 1672-1681 (2023)。