中科院微電子所：在表面等離激元光纖生化傳感器方面取得重要進展

課題組開發出一種三維光纖微結構傳感方案，解決了傳輸SPR波矢匹配的難題。如圖1b所示，在光纖端面集成微米尺寸圓臺波導，通過橫向波導限制及縱向圓臺斜角共同調控入射波矢，高效激發傳輸SPR，實現了1439 nm/RIU的檢測靈敏度。得益于光纖頭上微米尺寸傳感結構和蘸入—讀取檢出方式，該傳感器可用于極小體積樣品（如5 μL）的即時檢測。實驗表明，其對IgG檢測極限為1.11 nM，為高時空分辨率的生化檢測提供了一種新思路（DOI: 10.1016/j.snb.2023.133647）。

課題組研發出一種基于LSPR暗模式光纖傳感器，如圖1c所示。該傳感器由腐蝕得到的圓柱波導和側壁吸附的金納米顆粒陣列構成，通過金顆粒陣列極化耦合及圓柱波導光傳輸相差所致場遲滯效應，激發金顆粒陣列的暗模式。得益于暗模式的長等離激元壽命及局域場增強，實驗獲得了2019 nm/RIU的高靈敏度，比傳統LSPR亮模式光纖傳感器靈敏度提高了3至10倍（IEEE Transducers 2023）。

基于上述光纖傳感器，課題組針對傳統SPR光纖傳感器實際應用中依賴大尺寸光源及光譜儀的問題，進一步研制出一套以RGB LED為光源、光電二極管為探測器的小型化、便攜式光纖傳感系統。如圖2所示，該系統尺寸為12 cm × 10 cm × 8 cm，重量僅為263 g，對IgG檢測極限為9.1 nM，性能優于同類商業化小型SPR設備的檢測結果（15.7 nM），成本降低了一個數量級以上。該工作為進一步促進SPR光纖生化傳感技術的應用提供了一種可能的低成本途徑（DOI: 10.1039/D3AN00028A）。