基于微球光纤生物传感器的酵母细胞呼吸振动高精度检测研究

【编辑推荐】本研究创新性地将微球透镜与锥形单模光纤集成，利用光子纳米喷流(PNJ)现象增强光-物质相互作用，结合马赫-曾德尔干涉仪(MZI)实现1 nm精度的振动检测，成功捕捉酵母细胞呼吸特征频率，为单细胞活性评估提供了新型非接触式技术方案。

　　

亮点与结论

原理与数值模拟

光子纳米喷流（Photonic Nanojets, PNJ）是一种具有亚波长级半高宽、高强度且无衰减的局域光场，可由微球、微椭球体或微圆柱等介质在平面波或高斯光束照射下产生。米氏理论（Mie Theory）完整描述了这种现象的光学特性...

结论

我们开发了一种集成微球与拉伸光纤的生物传感器系统，采用马赫-曾德尔干涉仪（MZI）作为边缘滤波器，通过法布里-珀罗（F-P）干涉实现振幅调制（AM）与频率调制（FM）信号的转换。经压电陶瓷（PZT）标定实验验证，该传感器检测阈值达1 nm，并成功应用于酵母呼吸相关纳米位移检测。结合亚甲基蓝染色法校准细胞活性，该技术为生物细胞活性评估提供了潜在支持。