光与生物物质的相互作用提供了独特的分析能力组合，使光子学成为生物应用中用于传感、成像和监测的强大平台。光学方法可以获取分子、生化、结构和功能信息，同时能够实现高灵敏度、微创性测量，在许多情况下还兼容实时操作。这种多功能性支持了光子技术在广泛领域的应用，从分子检测和生物监测到组织表征和即时检测（PoC）分析。
该领域的进展日益依赖于在传感过程的不同层面整合各项进展。新的光子结构和功能材料需要与适当的识别策略、高效的光-物质相互作用、可靠的探测方案，以及从光学信号中提取有意义信息的稳健方法相结合。同时，从一个有前景的传感概念转变为实用的生物分析工具，涉及的内容远不止实现高灵敏度。选择性、可重复性、稳定性、测量条件和系统集成都成为重要的考虑因素，特别是在复杂生物环境中或在比实验室环境控制程度更低的条件下进行传感时。
这种传感原理、材料、器件架构、探测方法和应用需求之间的相互作用，正在塑造生物应用中光子系统的演变。不同光谱区域和传感模式的进展提供了互补的改进分析性能的方式，而微型化和集成方面的进展则为更紧凑、面向应用的平台开辟了机会。因此，一个重要挑战不仅在于提高传感器性能，还在于开发能够在现实测量场景中提供可靠和有意义信息的系统。
本特刊"生物应用光子学：传感器与技术——第二版"中收录的贡献反映了许多这些挑战和机遇。发表的十项研究涵盖了多样的光学原理、材料、器件概念和探测方法，同时针对处于不同技术发展阶段的生物和生物医学应用。它们共同展示了光子结构和传感机制的创新如何能够由传感界面、仪器和信号分析方面的进展加以补充，以满足特定的生物分析需求。
尽管这些贡献探索了不同的技术和应用，但它们之间存在若干相似之处。一些研究专注于光子结构和控制或增强光-物质相互作用的策略，而另一些则涉及传感配置、探测方法和信号处理方案，旨在从光学测量中获得可靠信息。这些进展得到了针对分子和生物标志物检测、生理监测、组织表征和其他生物医学应用的研究的补充。其他贡献探索了实时监测和PoC概念，说明了光子传感技术可能应用的广泛环境。
接下来，我们将简要介绍各项贡献，突出其主要进展及其在本特刊更广泛范围内的作用。
例如，García等人综述了等离子体激元和介电超表面的应用，以增强光谱技术，特别强调表面增强拉曼散射（SERS）、表面增强红外吸收（SEIRA）和表面增强荧光（SEF）（贡献1）。通过在亚波长尺度操纵电磁场，这些 engineered 结构可以显著增强光-物质相互作用。该综述考察了等离子体激元和介电超表面的基本原理、不同设计、优势、限制和可能应用。特别关注了它们解决传统光谱学某些灵敏度和分辨率限制的能力，强调了其在高灵敏度光谱分析和生物传感中的相关性。
进入太赫兹区域，贡献2研究了一种基于多模耦合的用于生物传感的全介电超表面。所提出的设计结合磁偶极子、环形偶极子和磁四极子模式，以解决传统准束缚态在连续谱（QBIC）传感器通常具有的窄带宽问题。它提供了0.42 THz的宽带覆盖，同时保持499的高质量因子，角度变化低于16°。观察到的行为进一步得到了基于Maxwell方程和模式耦合理论的解析模型的支持。这种宽带操作和高品质共振的结合对于开发面向分子诊断和多分析物筛查的微型化太赫兹生物传感器可能非常有价值。
Abdossova等人提出了另一种传感策略，他们开发了一种基于表面修饰半分布干涉仪（ESDI）的传感器，用于折射率测量和生物传感（贡献3）。该传感器集成了聚二甲基硅氧烷（PDMS）覆层，并用金膜或金纳米粒子进行修饰，纳米粒子涂层配置在1.34790–1.35981范围内的平均折射率灵敏度达到62.8 dB/RIU，分辨率为3.9 × 10?5 RIU。当功能化用于血管内皮生长因子（VEGF）检测时，其检测限达到355 fM。这些结果表明，表面修饰如何将相同的光学架构从物理测量扩展到生物检测，使其成为紧凑型和高灵敏度生物传感的一个有趣选择。
贡献4也探索了光纤传感，评估了球谐振器和混合法布里-珀罗干涉仪-球谐振器配置，用于监测葡萄糖、温度和pH值。比较了七种光谱解调方法，其中Karhunen-Loève变换（KLT）表现出特别稳健的性能。混合配置对葡萄糖提供了更高的灵敏度，达到6.15 a.u./(mg/mL)，而球谐振器对温度和pH变化响应更强。除了传感器配置本身，这项工作还强调了在处理复杂传感器响应和多参数生理监测时选择合适的光谱处理方法的重要性。
贡献5转向通过结合上转换纳米粒子（UCNPs）和多孔硅（PSi）的DNA生物传感器进行核酸检测。目标DNA被固定在多孔基质中，并与标记有UCNP的探针DNA杂交。在980 nm激发下，纳米粒子发出可关联于目标DNA浓度的荧光，检测限达到86 pM。使用近红外激发还有助于减少背景荧光，同时提供有利的光穿透。这些特征共同提供了一种相对简单且灵敏的快速核酸检测策略。
在贡献6中，将银纳米晶体纳入电化学免疫传感器用于前列腺特异性抗原（PSA）检测。纳米晶体被沉积在玻碳电极上，随后固定抗PSA抗体，并使用方波伏安法在1–10 ng/mL的PSA浓度范围内进行测量。检测限达到1.14 ng/mL，同时对潜在干扰物质（如葡萄糖、尿素和L-半胱氨酸）具有良好的选择性。还观察到良好的稳定性和可重复性，支持将该配置作为PSA检测的灵敏平台使用。
贡献7通过设计用于早期龋齿检测的光纤传感器，探讨了拉曼光谱学在牙科应用中的潜力。利用与牙釉质矿物质成分相关的拉曼光谱特征来区分健康、受影响和龋坏的牙釉质。使用碳酸盐与磷酸盐比值和磷酸盐峰特征等参数，多项logistic回归模型达到了73%的总分类准确率。该探头在高达10°的角度不对齐情况下仍能保持性能。通过避免传统共焦拉曼系统的复杂性，这种光纤配置代表了通往更可及的即时牙科评估的一条有前景的途径。
贡献8考察了光学生物医学传感中的另一个挑战：镜面反射和过曝光对生物组织穆勒矩阵偏振测量的影响。这些效应可能导致图像区域饱和，并在体内测量过程中扭曲偏振信息。使用3 × 3穆勒矩阵在猪肝组织上进行的实验，允许在不同反射条件下评估几种偏振参数。某些参数对与镜面反射和过曝光相关的误差表现出更强的抵抗力，为在临床环境中提高定量偏振成像的稳健性提供了有用的信息。
贡献9关注细胞培养物的实时监测，探索白光光谱学作为非侵入性方法追踪原代T细胞培养物，与CAR T细胞生产潜在相关。该方法能够在线光学监测，无需打开培养系统或造成样品损失。原代T细胞显示出与先前在已建立细胞系中观察到的不同的吸收光谱和生长动力学，其扩展用幂律模型描述得比简单指数增长更好。有趣的是，代-时间动力学与初始细胞浓度之间的关系表明，这些动力学特征可能作为最终培养浓度的早期指标。这一发现可能支持高级细胞治疗制造中的非侵入性监测策略。
最后，贡献10探索了用于比色PoC传感的等离子体激元纸，特别关注影响其光学响应的条件。将含纳米粒子的等离子体激元纸的透射光谱与不同光源下获得的RGB颜色信号相关联。分析揭示，滤波特性和光源显著影响灵敏度和精确度。等离子体激元基底与照明条件之间的这种关系为设计简单、低成本和用户友好的比色PoC设备提供了有用的指导。
总体而言，本特刊的贡献展示了目前塑造光子传感及其生物医学应用的广泛方法。从超表面和纳米结构材料到光纤传感器、光谱学、偏振成像和电化学平台，这一系列研究带来了提高灵敏度、可靠性和实际性能的互补策略。综合来看，这些工作提供了该领域近期进展的快照，同时指出了生物医学诊断、监测和即时传感中的新机遇。
随着本特刊的结束，我们要感谢所有为其完成做出贡献的人。我们特别感谢作者们分享他们的研究，并在"生物应用光子学：传感器与技术——第二版"中汇集不同视角。本系列所代表的主题范围反映了该领域不断演变的性质，以及光子技术在生物传感和生物医学应用中日益增长的作用。我们还向学术编辑和审稿人致以真诚的感谢，感谢他们在编辑过程中投入的时间、专业知识和仔细关注。他们富有建设性的反馈和深思熟虑的评估对于帮助作者加强手稿并确保特刊的科学质量是无价的。我们高度赞赏他们对这一系列的承诺和贡献。
