生物学检测是生物医学中常见的一种检测手段, 是以细胞因子特定的生物活性变化作为检测依据, 主要应用于生物医学与农林业等领域, 对研究医学病理和作物病害规律有重要作用。 传统的检测手段主要通过观察检测样本对不同化学试剂的反应而做出判断, 虽然检测精度较高, 但存在操作繁琐、 检测周期较长等问题。 高光谱成像技术融合了光学成像与光谱分析两种传统分析手段, 可以同时获取被检测样本的图像数据与光谱信息。 高光谱图像中的图像数据反映检测样本的外部特征与表面纹理, 而光谱信息又可以对检测样本的内部物理结构以及化学成分等展开分析。 显微高光谱成像技术则是将高光谱成像技术与生物显微镜结合起来, 通过观察微观世界的图像数据与光谱信息对检测样本进行分析, 是一种快速、 无损、 准确的光学成像分析技术。 近年来显微高光谱成像技术由于其高分辨率、 数据连续等特点, 在生物学检测领域引起了越来越多的关注, 成为生物学检测的重要手段之一。 该文章从光谱成像基本原理、 数据处理以及生物学检测应用等出发, 综述了近十年来显微高光谱成像技术在生物学检测方面的研究现状, 在总结所取得研究成果的基础上, 提出目前显微高光谱成像技术存在的一些问题, 并对其在今后生物学检测领域中的发展趋势进行展望, 以期为显微高光谱成像技术在生物学检测中的研究与应用提供参考。

超材料作为一种具备超常物理性质的人工复合材料, 能够突破常规材料的限制, 为设计先进功能材料开辟一种全新的思路。太赫兹波由于具有光子能量低、对生物物质无电离损害和分子指纹谱等特性, 通过与超材料结合, 可实现对生物物质高灵敏检测, 越来越受到国内外学者的广泛关注。本文总结了近几年来太赫兹超材料传感器在生物分子和细胞检测领域上取得的进展, 首先介绍了太赫兹超材料传感器的传感原理和性能指标, 其次从超材料结构设计、衬底选择、以及与微流控和新材料结合等方面阐述了太赫兹超材料传感器在生物检测领域的发展。通过对超材料结构进行优化、采用低介电常数薄型衬底、结合微流控技术或在传感器上粘附新材料涂层, 可进一步提高超材料传感器的灵敏度, 并丰富其在生物医学检测上的功能。最后, 对太赫兹超材料传感器的发展趋势和前景进行了展望。

金纳米簇是一种制备工艺简单、具有分子级尺寸和量子效应的新型发光材料, 近年来在化学发光检测中得到了广泛应用, 特别是较多应用于体外生物检测。本文综述了金纳米簇化学发光(含电化学发光)体系在体外生物检测中的应用进展。首先, 阐释了金纳米簇的合成方法、结构、性质及其化学发光基本原理; 其次, 总结了国内外近年来基于该体系的体外生物检测研究进展, 并梳理了改善发光强度和检测灵敏度的已有策略; 最后, 对金纳米簇化学发光的未来发展趋势进行了展望。

本文介绍了点衍射干涉仪不同发展阶段的特点和应用。点衍射干涉仪由波长量级的针孔产生高质量的球面波作为参考波前，能够得到衍射极限性能的分辨率。按照不同的光路特点，点衍射干涉仪可分为点衍射共路干涉和点衍射非共路干涉两种结构，主要应用于高精度波前检测和面形检测。共路干涉结构简单紧凑，对环境振动不敏感，对光源相干度要求不高，可利用光束偏振态及光栅衍射分束的特性对传统点衍射板进行改造，在全共路点衍射干涉仪中引入时间相位调制技术和干涉对比度可调技术，可进一步提高波前检测精度。采用反射式针孔和各种光纤结构发展了非共路点衍射干涉仪，实现了大口径、高精度球面反射镜面形的测量。本文重点阐述了用于极紫外光刻投影物镜中高精度球面反射镜面形检测的反射式针孔点衍射干涉仪，并展望了点衍射检测技术在生物检测等领域的应用前景和发展趋势。

Optical fiber based SPR sensors have attracted more and more attention due to their unique advantages over the prism-based SPR sensors. A novel fiber-optic SPR sensor with multi-alternating metal layers for biochemical analysis is presented in this paper. Based on the fundamental SPR theory of the fiber optic sensing technology, we theoretically investigated the effects of the existence of alternating layers deposited on sensing region SPR wavelength changes. The emphasis was placed on the numerical simulation of the fiber-optic SPR sensor’s sensitivity which could be affected by its technical parameters such as the metal thickness, number of alternating layers. Results showed that, compared to the normal SPR sensor with the single metal layer, the proposed sensor had a wider detecting range of the refractive index and higher sensitivity, which can find applications in biological analysis.

实现GMR生物传感器对磁珠及其偶联的生物分子的定量检测，必须考虑磁场方位及磁珠位置和磁珠团聚对检测方法的影响。本文首先利用Comsol软件模拟了这3个因素对GMR传感器输出信号的影响，模拟结果表明，外磁场倾斜、磁珠位置偏离电阻条中心和磁珠团聚均会使信号减小，其中外磁场倾斜影响尤甚；当外磁场倾斜为0.5°时，磁珠的信号会减小80%。为了与模拟结果进行比对，制备了与模型相同的线宽为5 μm 的GMR生物传感器，并测量了输出信号与磁珠覆盖率的关系。测试结果显示，二者呈线性趋势，但与线性关系存在一定程度的偏离。另外，当磁珠覆盖率为23.6%时，实验测得的信号为63 μV，比模拟结果的247 μV偏小。实验显示这两种偏差均源于前述3个因素对GMR信号的影响。因此，用GMR传感器对磁珠进行定量检测时，为使信号大小与磁珠个数呈线性关系，应保证以下测试条件：外磁场尽可能垂直于传感器平面；测试过程中外磁场倾斜角不能变化；设法使磁珠集中于电阻条中间区域；尽量保证磁珠不团聚。

随着超快激光技术的快速发展以及人们对太赫兹辐射与物质作用机理的进一步认识, 太赫兹辐射作为一项新的、 快速发展的技术在很多领域受到广泛关注, 在安全检测、 医学诊断、 无线通信和制药等诸多领域预示着广泛的应用前景。 由于食品安全问题的重要性, 食品安全的检测技术面临着巨大的机遇与挑战。 太赫兹光谱与成像技术提供了一种新型的食品安全检测手段。 相比于其他技术, THz技术具有高信噪比和动态范围宽等诸多特点, 能够同时获得样品在THz波段的时域信息与频域信息, 以及对应的物质物理结构和化学成分等重要信息, 在食品安全检测领域具有独特的优势。 文章简要介绍了太赫兹波的概念、 特点和技术手段, 太赫兹辐射技术在食品安全领域的最新应用进展, 并讨论了THz技术应用的限制因素, 展望了THz技术的应用前景。