《Sensors》：Chirped Fiber Bragg Grating-Based Cavity Sensor for Simultaneous Temperature and Refractive Index Sensing
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本文提出了一种用于温度、折射率（refractive index, RI）及无标记生物标志物测量的紧凑型双参数光纤传感器。该传感器基于在光栅区域内切割的啁啾光纤布拉格光栅（chirped fiber Bragg grating, CFBG），留下3 mm、4
本文提出了一种用于温度、折射率（refractive index, RI）及无标记生物标志物测量的紧凑型双参数光纤传感器。该传感器基于在光栅区域内切割的啁啾光纤布拉格光栅（chirped fiber Bragg grating, CFBG），留下3 mm、4 mm和5 mm的残余光栅长度。切割后，反射光谱变窄并形成清晰的边瓣，使得主带波长漂移可用于温度监测，而边瓣强度变化则用于折射率检测。从25 °C到80 °C的温度校准显示出近似线性响应，灵敏度接近10 pm/°C。在10%–15%蔗糖溶液中进行的折射率校准显示，随着折射率增加，边瓣强度单调下降，所选谷特征灵敏度达到约?220 dB/RIU，矩阵分析中约为?200 dB/RIU。从0%到35%蔗糖的扩展校准证实了折射率相关响应在更宽范围内得以保持，尽管非线性有所增加。将交叉敏感系数纳入2×2敏感矩阵及其逆矩阵，用于同时参数重建。在温度和蔗糖浓度联合变化的额外测量中，温度重建的均方根误差（root mean square error, RMSE）为0.87–2.69 °C，具体取决于传感器和实验条件。最后，作为概念验证实验，研究人员将切割型CFBG传感器用抗VEGF抗体进行生物功能化，并在10?15 M至10?10 M范围内测试了VEGF检测。总体而言，所提出的设计简单、紧凑，与标准解调系统兼容，并有望作为生物医学生物传感应用的热折射平台。
该论文发表于《Sensors》，报道了一种基于啁啾光纤布拉格光栅（chirped fiber Bragg grating, CFBG）的紧凑型双参数传感结构，可在同一器件中同时测量温度和折射率（refractive index, RI），并初步演示了无标记生物标志物检测。光纤传感器因其体积小、抗电磁干扰和生物相容性等优点广泛用于医疗监测，但标准光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating, FBG）主要响应温度和应变，RI传感通常需要刻蚀、拉锥或倾斜光栅等附加结构。已有双参数方案往往依赖化学刻蚀、多芯光纤或级联光栅，复杂度较高。针对这一问题，研究者提出直接在CFBG光栅区域内切割光纤，保留部分残余光栅作为半分布式谐振腔，利用切割后形成的主带和边瓣分别实现波长和强度解调。
研究者制作了残余光栅长度分别为3 mm、4 mm和5 mm的三个切割CFBG传感器，依次在25–80 °C水浴中进行温度校准，在10%–15%及0%–35%蔗糖溶液中进行RI校准，构建2×2交叉敏感矩阵及逆矩阵，并在联合温度和浓度条件下验证双参数重建。为验证生物传感可行性，传感器表面经抗VEGF抗体功能化，检测10
?15 M至10
?10 M的VEGF。
关键方法方面，研究者使用光纤切割刀在光栅区域切割；光谱采集采用Micron Optics HYPERION si255光学传感解调仪（Luna Inc., Atlanta, GA, USA），数据由ENLIGHT软件和MATLAB处理；RI校准使用蔗糖溶液，RI值来自文献关系；交叉敏感矩阵由独立校准获得；生物功能化使用臭氧清洗、APTMS硅烷化、戊二醛交联和抗VEGF抗体固定（抗体为PAA143Hu01，Cloud-clone Corporation）。该研究未涉及临床样本队列。
以下按原文小标题概述主要结果。
光谱特征：切割后，三个传感器的反射谱均明显变窄，并在主带两侧出现清晰边瓣，例如Sensor 2带宽由约40 nm压缩至约4 nm。这种变化使主带波长可用于温度测量，边瓣强度可用于RI测量。
温度灵敏度分析：在升温实验中，光谱整体向长波长移动，峰值功率基本不变。线性拟合得到的温度灵敏度分别为Sensor 1 9.357 pm/°C、Sensor 2 10.64 pm/°C、Sensor 3 10.05 pm/°C，均接近典型CFBG的约10 pm/°C。
折射率灵敏度分析：在10%–15%蔗糖溶液中，边瓣强度随RI升高而单调下降。各特征灵敏度分布不均，右侧边瓣通常更高；选定峰/谷的RI灵敏度分别为Sensor 1 ?99.66/?181.2 dB/RIU，Sensor 2 ?193.8/?199.8 dB/RIU，Sensor 3 ?217.2/?202.9 dB/RIU。在0%–35%扩展范围内，RI依赖响应仍存在，但非线性增大。
交叉敏感度分析：温度引起的边瓣强度变化斜率仅为0.007–0.027 dB/°C，RI引起的主带波长移动也很小。三个传感器矩阵行列式与对角项乘积的偏差约为0.42%–1.08%，表明两个通道的交叉耦合较小。
同时参数重建：在六种联合温度/蔗糖浓度条件下，利用逆矩阵重建温度，RMSE分别为0.87 °C（Sensor 1）、2.69 °C（Sensor 2）和1.86 °C（Sensor 3）。误差部分归因于联合实验中热平衡较难维持，需要二维校准网格进一步验证。
生物标志物检测：抗VEGF功能化后，边瓣峰谷强度在VEGF浓度10
?15至10
?10 M范围内出现浓度依赖性变化，低浓度段使用二次多项式拟合，估计检测限（limit of detection, LoD）在3.998×10
?16 M至6.455×10
?16 M之间。
讨论方面，研究者认为交叉敏感项对主灵敏度影响很小，逆矩阵方法可基本实现参数重建，但需要独立控制的二维温度–RI校准网格来完善验证。VEGF检测只是概念验证，后续需要传感器副本、阴性和非靶蛋白对照、重复性和长期稳定性测试。同时还应系统评估切割工艺的重复性，并考虑将其集成到导管、针头、内窥镜或芯片实验室平台。
结论部分翻译如下：总之，本文展示了一种紧凑切割CFBG传感器的发展与表征，用于温度和RI双参数测量，并在表面功能化后进一步演示了VEGF生物传感。通过在光栅区域内切割CFBG，保留3、4、5 mm残余长度，将原始宽谱转变为较窄主带并伴随明显边瓣，从而在同一光纤结构中实现波长式温度解调和强度式RI解调。25–80 °C温度校准呈近似线性，灵敏度接近典型值10 pm/°C；10%–15%蔗糖范围内，边瓣强度随RI增加一致下降，选定特征灵敏度超过200 dB/RIU；0%–35
