近日，厦门大学电子科学与技术学院朱锦锋团队联合西湖大学文燎勇团队，以及复旦大学附属中山医院和厦门大学附属第一医院等合作者在纳米光学生物传感领域取得突破性进展。相关成果以“Ultrasensitive biosensing by radiative Q-factor modulation in strongly coupled three-dimensional bound-state-in-the-continuum metasurfaces”为题发表于Nature Photonics，并入选期刊封面论文。该研究创新性提出Q调制折射率传感（QMRS）新机制，研制三维连续域束缚态超表面生物传感芯片，显著提升免标记生物标志物检测灵敏度，为肺癌风险分层、疗效监测提供新型检测方案。近期，Nature Photonics也以“Harnessing loss for Q-modulated biosensors”为题发表News & views对该工作进行了亮点报道和评述。
图1 Nature Photonics期刊封面
研究背景
高灵敏免标记纳米光学生物传感器件在药物筛查、疾病诊断和消费电子等领域具有广泛应用前景。传统纳米光学传感器仅利用折射率实部或虚部信号，光谱响应微弱，且严重依赖复杂精密光路；而高Q谐振器件制备容错差、小型量产难度大，现有加工技术存在物理局限，难以实现单分子级高灵敏检测，亟待全新传感机制实现性能与应用突破。
研究工作
联合团队创新性构建强耦合双谐振系统，在复变量传感域建立全新检测机制，将生物分子结合产生的微小扰动转化为辐射品质Q因子的剧烈变化，实现光与物质互作用显著增强，突破底层物理传感灵敏度局限（如图2所示）。研制晶圆级铝基纳米压印工艺并实现非对称三维纳米超表面批量制备，集成常规LED宽带光源与光电探测器搭建微型检测平台，大幅简化系统硬件架构。传感灵敏度达3.3×10⁴ mV/RIU，在肺癌细胞外囊泡临床实验中AUC达到了超过90%的优异性能，为便携化临床液体活检提供全新方案（如图3所示）。
图2 耦合振荡模型中的QMRS传感机制
图3 临床肺癌风险筛查与随访监测
研究相关
厦门大学朱锦锋教授与西湖大学文燎勇特聘研究员为该论文的共同通讯作者。浙江大学/西湖大学联合培养博士生孙嘉诚与厦门大学2024届博士李法君（现为复旦大学博士后）为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、福建省雏鹰计划、西湖光电研究院重点项目等多项科研项目资助。
