人工智能微纳传感山西省重点实验室在（ACS Sensors）发表题为“基于微孔阵列波导的法诺共振传感器用于超灵敏无标记生物传感” (Fano Resonance Sensor Based on Microhole Array Waveguides for Ultra-Sensitive Label-Free Biosensing)的研究论文。在恶性肿瘤的早期诊断和治疗中，精确鉴定特定的生物标志物对提高患者生存率起着至关重要的作用。CEA作为一种广泛应用于临床诊断的糖基化细胞表面粘附分子，对卵巢癌、乳腺癌和宫颈癌等上皮源性肿瘤的早期筛查具有重要价值。临床研究表明，健康人血清中的 CEA 浓度通常维持在 5 纳克/毫升以下，而异常升高往往与恶性肿瘤的发生和发展密切相关。这凸显了开发高灵敏度和特异性 CEA 检测系统的重要性，是肿瘤诊断和治疗领域的研究重点。目前，临床实践主要依靠放射免疫分析法、荧光标记技术和酶联免疫吸附法（ELISA）对 CEA 进行定量分析。然而，传统方法通常面临辐射危害（放射免疫分析法）、光漂白效应（荧光标记法）和耗时的多步标记程序（酶联免疫吸附法）等技术限制，从而限制了其在即时检测（POCT）中的适用性。相比之下，新兴的光学传感技术显示出独特的竞争优势，包括实时监测分子结合事件和有效避免对生物分子活性的破坏。
在这项研究中，研究人员创新性地开发了一种基于光子-等离子体耦合增强的法诺共振生物传感平台。该传感器由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微孔阵列波导、MY-131-MC（MY）介质层和银基等离子体层组成。这种结构设计能够精确调节局部光子场与微孔膜之间的空间耦合，使探测光的电磁场与微孔阵列波导有效重叠。此外，三维微结构增强了光物质相互作用的强度。实验结果表明，该传感器在折射率（RI）检测方面实现了 56.24 μm/RIU 的超高灵敏度，比传统的 Fano 型传感器（4.9 μm/RIU）提高了 11.4 倍。品质因数 (FOM) 提高到 2,998.94 RIU-¹，比传统的 SPR 传感器高出两个数量级。该平台被用于检测肿瘤生物标记物癌胚抗原（CEA），测量灵敏度为 4.03 nm/（ng/ml），检测限（LOD）为 81.8 pg/ml。此外，该方法还具有极佳的选择性、重复性和稳定性。这种简单而经济的方法为开发生物传感应用中的高性能 SPR 传感器提供了一种新策略。
芯片制作流程
打孔波导性能比较
生物传感测试
课题组博士生赵彪为本工作第一作者，菅傲群教授、桑胜波教授为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、山西省自然科学基金、山西省地方科技发展中央引导基金的大力支持。