生物传感器中的超表面技术应用
生物传感器是一种将生物识别元件与信号转换技术相结合的设备，用于检测特定分析物。超表面通常表现出显著的光学共振特性，其中一些已被应用于生物分子的共振位移传感。如，红外波段的超表面共振已通过一系列窄线宽共振用于测量光吸收的分子传感。生物传感器的技术发展高度依赖跨学科创新，未来趋势将向智能化、微型化和高通量检测演进。
超表面的不同应用 生物传感器的核心技术 参考资料
As shown below👇
*超表面技术
超表面是一种由亚波长结构组成的二维平面材料，能够通过设计单元结构实现对光波的相位、振幅和偏振的精确调控。
核心特点包括：
亚波长厚度：厚度远小于工作波长，适合集成和小型化。
多功能性：可调控反射、折射、聚焦、全息成像等光学行为。
材料多样性：包括等离子体（金属）和全电介质（如硅）超表面。
*生物传感器的技术
生物传感器通过生物识别元件（如抗体、核酸）与信号转换技术（如光学、电化学）结合，检测目标分子。关键技术包括：
生物识别元件：
酶、抗体、核酸适配体（Aptamer）、细胞等。
信号转换技术：
光学技术：荧光（FL）、表面等离子体共振（SPR）、拉曼散射（SERS）。
电化学技术：电流、电位检测。
压电技术：质量变化引起的频率偏移。
超表面通过其独特的光学调控能力，显著提升了生物传感器的性能，主要应用技术包括：
（1）荧光增强超表面生物传感器
原理：利用超表面的共振模式增强荧光信号。
等离子体-光子混合超表面：通过金属-介质结构实现局域场增强，荧光增强因子（EF）可达2600倍。
全电介质超表面：基于硅纳米柱阵列的磁共振模式，EF超过1000倍，且避免金属淬灭效应。
优势：
超高灵敏度：可检测单分子（如单拷贝DNA）。
高重现性：均匀的荧光增强，避免热点不均匀性问题。
（2）共振位移传感
原理：生物分子结合导致超表面共振波长偏移。
Mie共振超表面：通过介电纳米结构（如硅纳米盘）实现高灵敏度检测（如PSA抗原，LOD 0.7 ng/mL）。
BIC（连续态束缚态）超表面：利用对称性破缺实现窄线宽共振，提升检测分辨率。
（3）红外吸收与分子传感
SEIRA（表面增强红外吸收）：
超表面设计红外共振模式，增强分子振动信号，用于蛋白质和气体检测。
（4）多模态集成传感
微流控集成：超表面与微流控芯片结合，实现自动化、高通量检测。
便携化：结合手持设备（如智能手机）用于即时检测（POCT）。
[1] Masanobu Iwanaga, Qi Hu, Youhong Tang; Metasurface biosensors: Status and prospects. Appl. Phys. Rev. 1 June 2025; 12 (2): 021305. https://doi.org/10.1063/5.0253333
