免修饰光流体法布里-珀罗毛细管微腔传感器实现超灵敏生物检测

本研究开发了一种基于方形毛细管石英的光流体法布里-珀罗微腔（FPCM）传感器，通过横向光场约束和分布式布拉格反射镜（DBR）设计实现超高品质因子（Q=1.0×106）和折射率灵敏度（201.1 nm/RIU），具备2.2×105 RIU-1的优异品质因数（FOM）和7.11×10-8 RIU的超低检测限，在无标记、免修饰条件下实现了HER2蛋白100 ag/mL的检测灵敏度，为癌症早期筛查和生物医学检测提供了革新性平台。

　　

Highlight

光场约束与精密对齐赋予法布里-珀罗毛细管微腔（FPCM）超高品质因子（Q=1.0×10⁶）！通过模式场与分析物的高度重叠实现201.1 nm/RIU的折射率（RI）灵敏度，最终达成2.2×10⁵ RIU^-1的超高品质因数（FOM）和7.11×10^-8 RIU的检测限。FPCM传感器在多次原位测试中展现出卓越的重复性、长期稳定性和低系统噪声。

Fabrication of FPCM

FPCM采用内径300 μm、壁厚100 μm的高精度方形石英毛细管。首先通过酒精灯加热去除表面涂层，并依次使用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗各5分钟。

Characterization of FPCM

光在法布里-珀罗腔内振荡传播，通过分布式布拉格反射镜（DBR）实现高反射率。本研究使用的DBR在900-1000 nm波段反射率约99.7%。通过空间光学耦合测试系统验证性能。

Conclusions

本研究提出的光流体FPCM生物传感器兼具超高Q因子和灵敏度。横向光场约束与双DBR反射镜的精密对齐有效抑制了衍射和横向走离损耗，实现1.0×10⁶的Q因子。模式场与分析物的高度重叠带来201.1 nm/RIU的RI灵敏度。高Q因子与高灵敏度相结合，使传感器具备超高FOM和超低检测限，为生物医学检测提供强大平台。