基于复合微腔结构的全金属超表面生物传感器实现1216.72 nm/RIU高灵敏度检测

【编辑推荐】为解决LSPR传感器辐射损耗大、谱线宽的问题，厦门集美大学团队设计了一种复合Fabry-Perot微腔结构的全金属超表面，通过大小金盘阵列耦合实现电磁场局域增强，将灵敏度提升至1216.72 nm/RIU，AFP检测限达0.32 ng/mL，为无标记生化检测提供了新方案。

　　

在生物医学检测领域，如何实现高灵敏度、低成本的分子检测一直是科学家们追求的目标。传统基于局域表面等离子体共振（Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR）的传感器虽然对折射率变化敏感，但存在辐射损耗大、谱线宽等问题，限制了其实际应用。为此，厦门集美大学海洋信息工程学院福建省海洋信息感知与智能处理重点实验室的研究人员开发了一种创新性的全金属复合微腔超表面结构，相关成果发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》上。

这项研究的核心突破在于将Fabry-Perot（F-P）微腔结构与LSPR效应巧妙结合。研究人员通过湿法蚀刻工艺制备三维微腔结构，并在顶部设计了大金盘嵌套小金盘的复合阵列。这种结构不仅加工简便、可实现大面积制备，更重要的是通过增强结构间耦合效应，将灵敏度提升至1216.72 nm/RIU，对癌症标志物甲胎蛋白（AFP）的检测限达到0.32 ng/mL。

关键技术方法包括：1）采用光刻和湿法蚀刻制备三维微腔结构；2）设计周期性大小金盘复合阵列实现电磁场局域增强；3）通过折射率变化测试验证灵敏度；4）采用AFP抗体功能化表面进行生物分子检测。

【材料】研究使用丙酮、乙醇、异丙醇等常规试剂，光刻胶选用德国AllResist公司的AR-P 6200，所有实验均使用北京大学提供的去离子水。

【复合微腔超表面响应分析】通过对比单一结构和复合结构的性能发现，复合结构能产生新的共振吸收峰，增强光与物质相互作用。大金盘间隙有序插入小金盘的设计显著提高了微腔密度，增强了结构间耦合。

【结论】该复合F-P微腔超表面通过尺寸可调的共振波长和增强的场局域效应，实现了高灵敏度检测。其低光谱仪要求和温和激发条件，在即时检测领域具有重要应用价值。

这项研究由丁邦刘、林冠洲等合作完成，获得国家重点研发计划、国家自然科学基金等资助。林冠洲作为微电子学与固体电子学专家，专注于微纳传感器与等离子体超表面研究，其团队开发的这种新型传感器结构为低成本、高性能生化检测提供了新思路，在癌症早期诊断等领域展现出广阔前景。特别值得注意的是，该设计突破了传统金属纳米结构对精密加工和特殊检测条件的依赖，通过简单的湿法蚀刻工艺即可实现高性能传感，为超表面技术的实际应用开辟了新途径。