波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法

摘要

本发明为一种波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法，用于生物分子的浓度和生物活性分子特异反应的高灵敏度传感。本发明包括基底、波导层以及备在波导层上的金属光子晶体，检测时，光源发出的光以一定角度照射在金属光子晶体上，光检测器检测经过波导层和基底的透射光的消光光谱，或者检测通过金属光子晶体的反射光的消光光谱，然后在金属光子晶体上固定受体后再将试料溶液流经金属光子晶体的表面，此时再用检测器检测此时通过波导层和基底的透射光的消光光谱，或者检测通过金属光子晶体的反射光的消光光谱，对两次消光光谱作二次消光光谱计算，实现对配体浓度的定量检测。本发明具有灵敏度高、成本低、制备和使用方法简单等优点。

说明书

技术领域

本发明为一种波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法，其基于的物理机理是金属光子晶体中的粒子等离子共振与波导共振模式间强烈的光谱学耦合作用，可以用于生物分子(蛋白质、糖类分子、DNA等)的浓度和生物活性分子特异反应的高灵敏度传感，属于光电子技术与生物技术的交叉领域。

背景技术

高灵敏度、高分辨特性的生物分子传感器在生物学、生命科学、医学等科学研究和实际应用中起着非常重要的作用。基于光谱学响应特性的生物传感器由于其可靠物理学原理和精密的技术手段而表现出独特的优势。

传统的表面等离子共振(SPR)生物传感器的基本结构如图1所示。该传感器由透明基板1，蒸镀在基板1上表面的金属层2，棱镜6，光源7，光检测器8构成。SPR生物传感器用于生物特异反应传感工作原理是这样的：来自宽带光源7的光束以一定角度入射到棱镜6上，棱镜6将入射光以大角度导入透明基板，被导入的入射光在金属层2和基板1的界面发生全反射而在金属层2中激发倏逝波(Evanescent Wave)。在给定入射角情况下，倏逝波中的某一频率将与金属层2的表面等离子共振频率达到一致，使得入射光在该频率被强烈共振吸收，在其反射光谱中测得该频率处一个显著的吸收峰。这就是所谓的表面等离子共振吸收。在实际应用中，也可采用单色光源(如激光)作为入射光，通过改变入射角来实现金属层对其表面等离子共振吸收的目的。目前所采用的技术多为前者，即采用固定入射角和宽带光源的方式，可以避免角度调节导致的操作繁琐、误差大、系统不稳定等问题。

在生物传感实验中，首先将能与配体3发生特异性识别反应的受体4固定在金属层2上，由于表面等离子共振频率强烈地依赖于环境的介电常数(折射率)，经受体分子固定后的金属薄膜具备了特定的SPR频率。然后将固定在金属薄膜2的受体与试料溶液5中的配体3相互作用，受体和配体发生特异性反应，金属层表面处的介电常数就发生了变化，从而导致金属层的表面等离子共振频率发生偏移。由此，可获得试料溶液中配体浓度信息。

基于SPR技术的生物传感器仍然具有器件结构复杂、制备技术要求高、系统操作繁琐、测试周期长，从而成本高等缺点。因此，结构简单、灵敏度高、测试过程快捷、成本低的生物传感器成为生物医学等领域的迫切要求和重要研发内容。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有生物传感器的上述缺陷，提出了一种波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法，该生物传感器具有灵敏度高、成本低、制备和使用方法简单等优点。

本发明中的生物传感器所基于的物理机理是：波导共振模式(WGM)和金属光子晶体的粒子等离子共振(PPR)模式间强烈的耦合作用，故称其为“波导耦合金属光子晶体生物传感器”。

本发明所采取的技术方案如下：该生物传感器从下到上依次包括基底21、覆盖在基底21上透明的波导层22、覆盖在波导层22上的金属光子晶体23。

所述的波导层21的厚度为60nm～300nm。

所述的金属光子晶体23为一维金属光子晶体或二维金属光子晶体。

所述的一维金属光子晶体的周期为150nm～550nm。

所述的二维金属光子晶体两个方向的周期可以相同也可以不同，取值范围均为150nm～550nm。

使用上述波导耦合金属光子晶体生物传感器进行检测，其检测方法如下：

1)在金属光子晶体23上固定对配体3具有特异性识别功能的受体4后将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后以与基底21所在平面的法线成θ角(θ的范围为0～80°)照射金属光子晶体，光检测器8检测经过空白试料溶液、金属光子晶体23、波导层22和基底21的透射光的消光光谱；

3)将含有配体的试料溶液流经金属光子晶体23的表面，配体与受体发生特异性反应。利用步骤1)中的空白试料溶液清洗掉没有发生反应的配体后，再将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后以与基底21所在平面的法线成与步骤2)相同的θ角度照射金属光子晶体，光检测器8检测经过空白试料溶液、金属光子晶体、波导层22和基底21的透射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，通过表征不同配体浓度的光谱学变化规律，实现对配体浓度的定量检测。

使用上述波导耦合金属光子晶体生物传感器进行检测，也可以按下述方法进行检测：

1)在金属光子晶体23上固定对配体3具有特异性识别功能的受体4后将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成θ角度(θ的范围为0～80°)照射基底，光检测器8检测经过基底21、波导层22、金属光子晶体23和空白试料溶液的透射光的消光光谱；

3)将含有配体的试料溶液流经金属光子晶体23的表面，配体与受体发生特异性反应。利用步骤1)的空白试料溶液清洗掉没有发生反应的配体，最后将空白试料溶液再与金属光子晶体23的表面接触；

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成与步骤2)相同的θ角度照射基底，光检测器8检测经过基底21、波导层22、金属光子晶体23和空白试料溶液的反应后的透射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，通过表征不同配体浓度的光谱学变化规律，实现对配体浓度的定量检测。

使用上述波导耦合金属光子晶体生物传感器进行检测，也可以按下述方法进行检测：

1)在金属光子晶体23上固定对配体3具有特异性识别功能的受体4后将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成θ角度(θ的范围为0～80°)照射金属光子晶体，光检测器8检测依次经过空白试料溶液、金属光子晶体和波导层22后被基底21发射回来的反射光的消光光谱；

3)将含有配体的试料溶液流经金属光子晶体23的表面，配体与受体发生特异性反应。利用步骤1)的空白试料溶液清洗掉没有发生反应的配体，最后将空白试料溶液再与金属光子晶体23的表面接触。

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成与步骤2)相同的θ角度照射金属光子晶体，光检测器8检测反应后依次经过空白试料溶液、金属光子晶体23和波导层22后被基底21反射回来的反射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，通过表征不同配体浓度的光谱学变化规律，实现对配体浓度的定量检测。

使用上述波导耦合金属光子晶体生物传感器进行检测，也可以按下述方法进行检测：

1)在金属光子晶体23上固定对配体3具有特异性识别功能的受体4后将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成θ角度(θ的范围为0～80°)照射基底21，光检测器8检测依次经过基底21和波导层22后被金属光子晶体反射回来的反射光的消光光谱；

3)将含有配体的试料溶液流经金属光子晶体23的表面，配体与受体发生特异性反应。利用步骤1)的空白试料溶液清洗掉没有发生反应的配体，最后将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触。

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成与步骤2)相同的θ角度照射基底21，光检测器8检测反应后依次经过基底21和波导层22后，被金属光子晶体反射回来的反射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，通过表征不同配体浓度的光谱学变化规律，实现对配体浓度的定量检测。

本发明中的装置还可以用来定量检测物质浓度的变化，具体有以下几种检测方法：

一、使用本发明中的波导耦合金属光子晶体生物传感器进行物质浓度的检测，可按下述方法进行：

1)将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成θ角度(θ的范围为0～80°)照射金属光子晶体，光检测器8检测经过空白试料溶液、金属光子晶体23、波导层22和基底21的透射光的消光光谱；

3)将含有某种物质的试料溶液流经金属光子晶体23的表面，并与金属光子晶体23的表面接触。

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成与步骤2)相同的θ角度照射金属光子晶体，光检测器8检测经过试料溶液、金属光子晶体23、波导层22和基底21的透射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，通过表征该物质不同浓度的光谱学变化规律，实现对该物质浓度的定量检测。

二、本方法与方法一的不同之处在于检测光从基底入射，具体步骤如下：

1)将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成θ角度(θ的范围为0～80°)照射基底21，光检测器8检测经过基底21、波导层22、金属光子晶体23和空白试料溶液的透射光的消光光谱；

3)将含有某种物质的试料溶液流经金属光子晶体23的表面，并与金属光子晶体23的表面接触。

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成与步骤2)相同的θ角度照射基底21，光检测器8检测经过基底21、波导层22、金属光子晶体23和试料溶液的透射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，通过表征该物质不同浓度的光谱学变化规律，实现对该物质浓度的定量检测。

三、本方法采用的检测反射光的方法来确定物质浓度的变化，其具体步骤如下：

1)将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成θ角度(θ的范围为0～80°)照射金属光子晶体，光检测器8检测依次经过空白试料溶液、金属光子晶体23和波导层22后，被基底21反射的反射光的消光光谱；

3)将含有某种物质的试料溶液流经金属光子晶体23的表面，并与金属光子晶体23的表面接触。

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成与步骤2)相同的θ角度照射金属光子晶体，光检测器8检测依次经过试料溶液、金属光子晶体和波导层22后，被基底21反射的反射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，通过表征该物质不同浓度的光谱学变化规律，实现对该物质浓度的定量检测。

四、本方法与方法三的区别在于检测光从基底入射，具体步骤如下：

1)将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成θ角度(θ的范围为0～80°)照射基底21，光检测器8检测经过基底21和波导层22后被金属光子晶体反射的反射光的消光光谱；

3)将含有某种物质的试料溶液流经金属光子晶体23的表面，并与金属光子晶体23的表面接触；

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成与步骤2)相同的θ角度照射基底21，光检测器8检测依次经过基底21和波导层22后被金属光子晶体反射的反射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，通过表征该物质不同浓度的光谱学变化规律，实现对该物质浓度的定量检测。

该生物传感器的工作原理如图5所示：入射光24在金属光子晶体23中激发粒子等离子共振激元而在特征光谱区被强烈吸收的同时，被金属光子晶体衍射并在波导层22中激发波导传播模式27。波导模式传播过程中被上表面的金属光子晶体衍射而产生多束平行于透射光26的衍射光28，衍射光28进一步与透射光26发生干涉。这样，在测得的透射光的宽带等离共振吸收光谱中可以观察到一个窄带的透射增强信号，这是波导模式与等离子共振模式耦合作用的结果。金属光子晶体的粒子等离子共振吸收和波导共振模式的光谱学响应特征均随金属光子晶体上表面环境折射率的变化而发生偏移，其偏移量直接对应于环境折射率的变化量。因此，通过测量粒子等离子共振吸收和波导共振模式的耦合光谱的变化即可定量表征环境折射率的变化量。这就是本发明中生物传感器的工作原理。其中窄带波导共振模式的引入大大提高了传感器响应的灵敏度。

本发明的波导耦合金属光子晶体生物传感器的检测原理如下：在生物特异反应传感实验中，首先将对配体(抗原)3具有特异性识别功能的受体(抗体)4固定在金属光子晶体23的表面，构成传感器的初始膜片；将试料溶液5流经金属光子晶体23的表面，若试料中存在配体(抗原)3，受体(抗体)4与配体(抗原)3便会发生特异性反应，根据反应前后消光光谱的变化，定量给出波导模式与粒子等离子共振模式间耦合作用的微小变化，通过对光谱变化规律的定量表征，实现对试料溶液5中配体(抗原)3的浓度的检测。在物质浓度检测实验中，试料溶液5流经金属光子晶体23的表面，若试料中待测物质的浓度发生变化，根据浓度变化前后消光光谱的变化，定量给出波导模式与粒子等离子共振模式间耦合作用的微小变化，通过对光谱变化规律的定量表征，实现对待测物质浓度的检测。

本发明区别于传统的SPR传感器的优势特点体现在以下方面：

1)成本低：不管是波导耦合金属光子晶体传感器件还是光谱学测试系统的成本均远低于SPR传感器系统。整个传感器系统成本只有目前市场上已有的SPR生物传感器价格的10％以下。其核心的波导耦合金属光子晶体传感器可以重复使用，提高了实际应用的灵活性。

2)灵敏度高：波导共振模式的引入实现了对粒子等离子共振模式的窄带调制，大大提高了器件对环境折射率变化响应的灵敏度。

3)测试手段灵活、简便：根据不同需求，多种测试方法可供选择；测试过程中，只需采用常规的光学和光谱学测试手段，获得透射或反射光谱或透射或反射的消光光谱。

4)便于集成：波导耦合金属光子晶体体积小，形状规则，易于嵌入系统，构成生物芯片结构。

附图说明

图1传统的表面等离子共振生物传感器结构示意图

图2本发明的波导耦合金属光子晶体生物传感器的剖面图

图3本发明的波导耦合一维金属光子晶体生物传感器的正视图

图4本发明的波导耦合二维金属光子晶体生物传感器的正视图

图5本发明的波导耦合金属光子晶体生物传感器的光学原理图

图6本发明的波导耦合金属光子晶体生物传感器的结构图

图7本发明的生物传感器的正面透射式检测示意图

图8本发明的生物传感器的背面透射式检测示意图

图9本发明的生物传感器的正面反射式检测示意图

图10本发明的生物传感器的背面反射式检测示意图

图11本发明中的透射式波导耦合金光子晶体生物传感器的消光光谱

图12本发明中的透射式波导耦合金光子晶体生物传感器的检测信号

图13本发明中的反射式波导耦合金光子晶体生物传感器的反射光的消光光谱

图14本发明中的反射式波导耦合金光子晶体生物传感器的检测信号

图中：1.透明基板，2.金属层，3.配体(抗原)，4.受体(抗体)，5.试料溶液，6.棱镜，7.光源，8.光检测器，21.基底，22.波导层，23.金属光子晶体，31.偏振控制器。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步说明：

本发明中的生物传感器包括基底21(厚度为D)、覆盖在基底21上的透明的波导层22(厚度d)以及覆盖在波导层22上的金属光子晶体23(周期为Λ)，该生物传感器的剖面图如图2所示。其中：波导层22的厚度d的取值范围为60～300nm，金属光子晶体23可采用一维(图3)或二维结构(图4)，称为一维或二维金属光子晶体。一维金属光子晶体的周期为150～550nm，二维光子晶体两个方向的周期均可取为150～550nm。

本发明中的生物传感器在基底21的透明波导层22上制备金属(优选金、银或者铂)一维或二维光子晶体，获得如图2～图4所示的波导耦合金属光子晶体生物传感器；

本发明中的波导耦合金属光子晶体生物传感器的检测方法如下：

1)在生物特异性识别检测中，首先将对配体(抗原)3具有特异性识别功能的受体(抗体)4固定在步骤1)中制备的波导耦合金属光子晶体生物传感器中金属光子晶体23的表面，构成传感器的初始膜片；

2)光谱测试方法可采用如图7～图10所示的方式：

3)将试料溶液5流经步骤3)获得的生物传感器的表面，若试料中存在配体(抗原)3，受体(抗体)4便与其发生特异性反应，根据反应前后消光光谱的变化，定量给出波导模式与粒子等离子共振模式间耦合作用的微小变化(如图11或者图13所示)，通过表征不同浓度抗原的光谱学变化规律，实现对试料溶液5中配体(抗原)3浓度的定量检测。

本发明中的波导耦合金属光子晶体生物传感器的检测也可采用如下方法：

1)将空白的试料溶液(溶剂)与金属光子晶体23的表面接触；

2)光谱测试方法可采用如图7～图10所示的方式；

3)将含有某种物质的试料溶液(待测物质的溶液)与金属光子晶体23的表面接触，根据试料溶液浓度的变化，定量给出波导模式与粒子等离子共振模式间耦合作用的微小变化(如图11或者图13所示)，通过表征该物质不同浓度的光谱学变化规律，实现对该物质浓度的定量检测；

下面为本发明中的装置及其检测方法的实例：

实施例1：

本实施例为正面透射式波导耦合一维金属光子晶体生物传感器及其检测方法：

本实施例中所使用的基底21采用厚度D＝1mm的玻璃，波导层22采用氧化铟锡(ITO)薄膜，厚度为d＝200nm的玻璃片。

本实施例采用干涉光刻结合溶液法的制备方法在玻璃基底的ITO波导层上制备周期为Λ＝330nm一维金光子晶体，获得波导耦合一维金光子晶体生物传感器。利用该传感器进行检测时，其检测方法如下：

1)将对配体(抗原)3具有特异性识别功能的受体(抗体)4固定在波导耦合一维金属光子晶体生物传感器中的金属光子晶体23的表面，构成传感器的初始膜片，将空白试料溶液(不含待测物质的缓冲溶液或溶剂)与金属光子晶体23的表面接触；

2)光谱测试方式采用如图7所示的正面透射式，光源选用溴钨灯，入射光经过偏振控制器31以与基底21所在平面的法线成θ＝32°角向本实施例中的波导耦合一维金属光子晶体照射光，光检测器8检测经过空白试料溶液、一维金属光子晶体、波导层和基底的透射光的消光光谱；

3)将含有配体(抗原)3的试料溶液(含有待测物质的缓冲溶液或溶剂)流经步骤2)获得的生物传感器的表面，配体(抗原)3与受体(抗体)4发生特异性识别反应，利用步骤2)的空白试料溶液清洗掉没有发生反应的抗原，最后将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

4)溴钨灯光源发出的光经过偏振控制器31后，以与基底21所在平面的法线成θ＝32°角度照射一维金属光子晶体，光检测器检测经过空白试料溶液、一维金属光子晶体、波导层和基底的反应后透射光的消光光谱；

5)步骤2)与步骤4)中消光光谱比较，获得如图11所示的反应前后波导模式与粒子等离子共振模式间耦合作用的微小变化，对消光光谱作二次消光光谱处理，获得如图12所示的信号，通过表征不同抗原浓度的光谱学变化规律，实现对抗原浓度的定量检测。

实施例2：

本实施例为背面透射式二维波导耦合金属光子晶体生物传感器及器检测方法：

本实施例中所使用的基底采用厚度D＝1mm的玻璃，波导层采用ITO，厚度为d＝200nm的玻璃片。

本实施例采用干涉光刻结合溶液法的制备方法在玻璃基底的ITO波导层上制备两个方向周期均为Λ＝350nm二维金光子晶体，获得波导耦合二维金光子晶体生物传感器。利用该传感器进行检测时，其检测方法如下：

1)将对配体(抗原)3具有特异性识别功能的受体(抗体)4固定在二维波导耦合金属光子晶体生物传感器中金属光子晶体的表面，构成传感器的初始膜片，将空白试料溶液与金属光子晶体的表面接触；

2)光谱测试方式采用如图8所示的背面(基底面)透射式，光源选用溴钨灯，入射光经过偏振控制器后以与基底21所在平面的法线成θ＝48°角向本实施例中的波导耦合二维金属光子晶体生物传感器的基底照射，光检测器检测经过基底、波导层、二维金属光子晶体和空白试料溶液的透射光的消光光谱；

3)将含有抗原的试料溶液流经步骤2)获得的生物传感器的表面，抗原与抗体发生特异性识别反应，利用步骤2)的空白试料溶液清洗掉没有发生反应的抗原，最后将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触。

4)溴钨灯光源发出的光经过偏振控制器后，以与基底21所在平面的法线成θ＝48°角度照射基底，光检测器检测入射光经过基底、波导层、二维金属光子晶体和空白试料溶液的透射光的消光光谱；

5)步骤2)与步骤4)中消光光谱比较，获得如图11所示的波导模式与粒子等离子共振模式间耦合作用的微小变化，对消光光谱作二次消光光谱处理，获得如图12所示的信号，通过表征不同抗原浓度的光谱学变化规律，实现对抗原浓度的定量检测。

实施例3：

本实施例为正面反射式波导耦合一维金属光子晶体生物传感器及其检测方法：

本实施例中所使用的基底采用厚度D＝1mm的玻璃，波导层采用ITO，厚度为d＝210nm的玻璃片。

本实施例采用干涉光刻结合溶液法的制备方法在玻璃基底的ITO波导上制备周期为Λ＝400nm一维金光子晶体，获得波导耦合一维金光子晶体生物传感器；

1)将对抗原具有特异性识别功能的抗体固定在波导耦合一维金属光子晶体生物传感器中金属光子晶体的表面，构成传感器的初始膜片，将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触；

2)光谱测试方式采用如图9所示的正面反射式，光源选用溴钨灯，入射光经过偏振控制器后以与基底21所在平面的法线成θ＝2°角向本实施例中的波导耦合一维金属光子晶体生物传感器的一维金属光子晶体面照射，照射光依次经过空白试料溶液、一维金属光子晶体、波导层后被基底21反射，光检测器8接收该反射光的消光光谱；

3)将含有抗原的试料溶液流经步骤2)获得的生物传感器的表面，抗原与抗体发生特异性识别反应，利用步骤2)的空白试料溶液清洗掉没有发生反应的抗原，最后将空白试料溶液与金属光子晶体23的表面接触。

4)溴钨灯光源发出的光经过偏振控制器后，以与基底21所在平面的法线成θ＝2°角度照射一维金属光子晶体，光检测器检测经过空白试料溶液、一维金属光子晶体、波导层后，被基底反射的反应后的反射光的消光光谱；

5)步骤2)与步骤4)中消光光谱比较，获得如图13所示的反应前后波导模式与粒子等离子共振模式间耦合作用的微小变化，对消光光谱作二次消光光谱处理，获得如图14所示的信号，通过表征不同抗原浓度的光谱学变化规律，实现对抗原浓度的定量检测。

实施例4：

本实施例为背面反射式一维波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法：本实施例中的装置与实施例3相同，其检测方法与实施例3基本相同，不同之处仅在于：入射光经过偏振控制器后，入射到基底21上，检测器8检测的是入射光经基底、波导层、金属光子晶体后，由金属光子晶体反射光的消光光谱。

本发明中的传感器也可以实现对物质浓度的检测，下面结合具体的检测方法进行说明：

实施例5：

本实施例为正面透射式二维波导耦合金属光子晶体生物传感器及器检测方法：

本实施例中所使用的基底采用厚度D＝1mm的玻璃，波导层采用ITO，厚度为d＝200nm的玻璃片。

本实施例采用干涉光刻结合溶液法的制备方法在玻璃基底的ITO波导层上制备两个方向周期均为Λ＝350nm二维金光子晶体，获得波导耦合二维金光子晶体生物传感器。使用本实施例中的装置对物质浓度的检测，其检测的步骤如下：

1)将空白试料(纯水)与二维金属光子晶体23的表面接触；

2)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成36°角照射金属光子晶体，光检测器8检测依次经过纯水、金属光子晶体23波导层22、和基底21的透射光的消光光谱；

3)将含有蔗糖的试料溶液流(蔗糖的水溶液)经金属光子晶体23的表面，并与金属光子晶体23的表面接触；

4)光源7发出的光经过偏振控制器31后与基底21所在平面的法线成36°角照射金属光子晶体，光检测器8检测依次经过蔗糖溶液、金属光子晶体23、波导层22、和基底21的透射光的消光光谱；

5)将步骤2)与步骤4)中的消光光谱作二次消光光谱计算，获得如图14所示的因蔗糖浓度变化产生的信号，通过表征不同浓度蔗糖的光谱学变化规律，实现对蔗糖浓度的定量检测。

实施例6：

本实施例为背面透射式一维波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法：本实施例中的装置与实施例5相同，其检测方法与实施例5基本相同，不同之处仅在于：入射光经过偏振控制器后，入射到基底21上，光检测器8检测的是入射光经基底、波导层、金属光子晶体后透射光的消光光谱。

实施例7：

本实施例为正面反射式一维波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法：本实施例中的装置与实施例5相同，其检测方法与实施例5基本相同，不同之处仅在于：入射光经过偏振控制器后，入射到金属光子晶体23上，检测器8检测的是入射光经金属光子晶体、波导层、基底后，由基底21反射的反射光的消光光谱。

实施例8：

本实施例为背面反射式一维波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法：本实施例中的装置与实施例5相同，其检测方法与实施例5基本相同，不同之处仅在于：入射光经过偏振控制器后，入射到基底21上，光检测器8检测的是入射光依次经过基底、波导层、金属光子晶体后，被金属光子晶体21反射的反射光的消光光谱。