近日，深圳北理莫斯科大學(xué)工程系沈夢(mèng)琪研究團(tuán)隊(duì)，在光學(xué)頂級(jí)期刊《Laser & Photonics Reviews》（IF=10）上發(fā)表了題為《Phase‐Retrieved High‐Throughput Multi‐Channel Simultaneous Surface Plasmon Resonance Detection》的研究論文。沈夢(mèng)琪為第一作者，深圳北理莫斯科大學(xué)為第一單位。

表面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）是一種能夠?qū)崿F(xiàn)生物分子相互作用的實(shí)時(shí)、無(wú)標(biāo)記監(jiān)測(cè)的高靈敏度光學(xué)傳感技術(shù)，憑借其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)與食品安全等領(lǐng)域。SPR傳感通過(guò)檢測(cè)生物分子結(jié)合引起的共振條件變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)分子相互作用事件的直接光學(xué)讀出。隨著生物研究與臨床診斷復(fù)雜度的不斷提升，對(duì)傳感技術(shù)提出了更高要求，不僅要具備更高的靈敏度與檢測(cè)微弱分子相互作用的能力，還需具備更高的通量與并行檢測(cè)能力，以實(shí)現(xiàn)高密度的信息獲取。

本研究構(gòu)建并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種高靈敏度、高動(dòng)態(tài)范圍與超高通量的相位型SPR傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)將基于物鏡耦合的光學(xué)結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)型ptychography相位恢復(fù)算法（r-ePIE）相結(jié)合，提出了一條突破高通量相位型SPR發(fā)展瓶頸的可行路線(xiàn)，有效克服了以往系統(tǒng)中存在的光學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)準(zhǔn)要求高、棱鏡設(shè)計(jì)導(dǎo)致的通量受限以及對(duì)噪聲與環(huán)境漂移敏感等問(wèn)題。r-ePIE算法在多數(shù)情況下僅需兩幅輸入圖像即可實(shí)現(xiàn)高精度相位重建，顯著降低了計(jì)算量，同時(shí)對(duì)環(huán)境擾動(dòng)與光學(xué)像差具有較強(qiáng)的魯棒性。通過(guò)引入偽隨機(jī)相位掩模，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高動(dòng)態(tài)范圍與高通量的相位信息提取。實(shí)驗(yàn)制備了一個(gè)三階高度臺(tái)階樣品（線(xiàn)寬23.7 μm，高度范圍0–28 nm），重建得到的厚度與表面輪廓儀測(cè)量結(jié)果高度一致，驗(yàn)證了系統(tǒng)的精度與可靠性。在性能測(cè)試中，系統(tǒng)在SPR傳播方向與垂直SPR傳播方向上分別實(shí)現(xiàn)了14.23 μm與9.50 μm的最小檢測(cè)間距，單次測(cè)量靈敏度達(dá)到4.90 × 10?? RIU，實(shí)現(xiàn)了目前SPR傳感領(lǐng)域中最高通量密度的檢測(cè)陣列。該結(jié)果已達(dá)到由SPR面內(nèi)傳播長(zhǎng)度所限定的多通道檢測(cè)本征極限，且不再受制于系統(tǒng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)約束。與傳統(tǒng)的強(qiáng)度型或干涉型SPR方法相比，本系統(tǒng)在穩(wěn)定性、精度與工程可行性方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了通量密度提升約兩個(gè)數(shù)量級(jí)的重大突破，為新一代高通量SPR傳感技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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https://doi.org/10.1002/lpor.202501627