近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所传感中心杨慧研究员团队在高灵敏生化检测领域取得新进展，相关研究成果以“Localized photonic nanojet based sensing platform for highly efficient signal amplification and quantitative biosensing”为题发表在生化传感领域高水平期刊Sensors & Actuators, B: Chemical（中科院一区TOP）上。深圳先进院张鹏程助理研究员和英国班戈大学闫冰为论文共同第一作者，杨慧研究员和英国班戈大学王增波教授为论文通讯作者。 

论文上线截图

　　介电微球透镜可以通过光子纳米喷流 (photonic nanojet，PNJ) 将光压缩到亚波长尺度，使得光被限制和集中到一个非常小的区域中，产生强烈的光场增强效果，其局部光场强度可比入射光场强度高几个数量级。因此，位于光子纳米喷流焦点区域的目标物会被激发出强烈的光-物质相互作用。该增强的光-物质相互作用可以实现目标物（分子、离子和蛋白质等）的场发射增强、辐射模式调制以及分子散射信号增加等，是基于近场光学的新型光学传感中的关键技术。然而，该近场光学传感技术在实现上存在两个重要挑战： 

　　1) 光子纳米喷流通常产生在垂直于介电微球透镜上方的百纳米尺度的自由空间中，因此，将目标物精确地引入该空间有很高的技术难度。 

　　2) 由于光子纳米喷流强度场在空间上分布不均匀，当目标物的空间位置在光子纳米喷流中发生细微变化时，其光-物质相互作用信号会表现出剧烈的波动，这使得可靠的光学增强和定量信号测量变得尤其困难。 

　　基于此，杨慧研究员团队首次提出了一种基于局域光子纳米喷流的近场光学传感平台，解决了以上两个挑战，实现了高效的信号放大和定量生物传感。团队利用纳秒激光精确的在每个介电微球透镜表面加工了微米尺度的半开放微孔。该半开放微孔不仅可以产生强烈的局域光子纳米喷流，还可以精确地将单个微米尺度的目标物被动地捕获到该局域光子纳米喷流中。因此这种新颖的设计极大地提高了将目标物引入局域光子纳米喷流的效率并抑制了它们的信号波动，从而实现光-物质相互作用信号的可靠测量，为高灵敏近场光学传感铺平道路。此外，团队将该近场光学传感技术应用于基于荧光微珠的生物素浓度分析上，实现了高灵敏度的检测，并大大提高了检测极限。该近场光学传感技术有望用于下一代片上信号放大和定量检测系统上，并为研究广泛的光-物质相互作用过程提供平台。 

　　该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后基金、广东省、深圳市等科技项目的资助。 

　　论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925400522000430