类型b：学术报告（综述类论文）

作者与机构：
本文由J. Divya、S. Selvendran*（通讯作者）、A. Sivanantha Raja和A. Sivasubramanian合作完成，分别来自印度Vellore Institute of Technology电子工程学院和Alagappa Chettiar Government College of Engineering and Technology电子通信工程系。论文于2022年6月10日在线发表于期刊《Biosensors and Bioelectronics: X》（卷11，编号100175），采用CC BY-NC-ND 4.0开放获取许可。

研究主题：
论文题为《Surface Plasmon Based Plasmonic Sensors: A Review on Their Past, Present and Future》，系统综述了基于表面等离子体激元（Surface Plasmon Polariton, SPP）的等离子体传感器的原理、结构、材料、应用及未来挑战。

主要观点与论据

1. 等离子体传感器的原理与优势

论文首先阐述了表面等离子体激元（SPP）的物理机制，包括局域表面等离子体（Localized Surface Plasmons, LSPs）和传播型表面等离子体激元（SPPs）的激发条件。当金属-电介质界面受到电磁波激发时，自由电子集体振荡形成表面等离子体波（SPW），其共振状态对周围介质的折射率（Refractive Index, RI）高度敏感。与传统光学传感器相比，等离子体传感器具有尺寸小、灵敏度高（可达25000 nm/RIU）、响应快等优势。例如，通过波长或角度 interrogation（探测）技术，可实现对物理、化学和生物参数的高精度检测。

支持证据：
- 引用Zeng等（2017）的研究，指出SPP共振（SPR）条件下反射光强度显著降低，从而提升检测灵敏度。
- 列举了金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）等贵金属的介电常数（如Ag在633 nm波长下的复折射率为0.056253 + 4.2760i），证明其电磁场增强效应。

2. 传感器结构设计进展

作者详细分析了四种主流等离子体传感器结构及其性能：
- 金属-绝缘体-金属（MIM）波导：Rakhshani等（2017）设计的方形谐振腔嵌入银纳米棒阵列，灵敏度达2320 nm/RIU，用于血型检测。
- 环形谐振腔：Butt等（2019）提出的多通道MIM波导耦合方形环腔结构，灵敏度为1948.67 nm/RIU，适用于多分析物同步检测。
- 缺陷型光子晶体（PhC）：通过引入线缺陷（如移除硅柱阵列）或点缺陷（如环形腔），实现光局域化，灵敏度达739 nm/RIU（Rahman-Zadeh等，2019）。
- 光纤传感器：如Mishra等（2022）开发的ITO/银光栅光纤SPR传感器，灵敏度高达25000 nm/RIU，检测范围1.33–1.38 RIU。

支持数据：
- 表1对比了16种结构的灵敏度（最高4270 nm/RIU）和检测范围（1–1.61 RIU）。
- 图2展示了环形谐振腔（灵敏度1100 nm/RIU）和六边形腔（4270 nm/RIU）的电场分布模拟结果。

3. 材料创新：贵金属与二维纳米材料

论文强调，贵金属（如Ag、Au）和二维材料（如石墨烯、二硫化钼MoS₂）的复合可显著提升传感器性能：
- 贵金属：Ag因低吸收损耗（Drude-Lorentz模型计算λ_c=176.14 nm）常用于MIM结构，但易氧化；Au生物相容性更佳（Chandra等，2019）。
- 二维材料：石墨烯（折射率3.0 + 1.1487i）和MoS₂（5.9 + 0.8i）通过高载流子迁移率增强界面电场。例如，Lin等（2016）的Au/MoS₂/Au结构使角度灵敏度提升至182 deg/RIU。

实验验证：
- Chen等（2019）在SPR传感器表面沉积MoS₂纳米片，灵敏度提高30.67%（2793.5 nm/RIU）。
- 表3总结了12种材料组合的灵敏度数据，如蓝磷（BlueP）/MoS₂异质结可达432.15 deg/RIU（Anuj等，2018）。

4. 应用领域拓展

等离子体传感器已应用于以下领域：
- 生物传感：如Maurya等（2018）检测细菌（灵敏度109.39 deg/RIU），Rakhshani（2017）实现血型分类。
- 化学检测：Mishra等（2015）的光纤氯气传感器利用ITO/Ag光栅，灵敏度9780 nm/RIU。
- 物理量测量：Topcu等（2019）开发的聚丙烯酰胺/金纳米粒子压力传感器可测160 MPa。

案例：
- 图3©展示了Ag纳米棒谐振腔（2080 nm/RIU）用于葡萄糖浓度监测（Rakhshani等，2018）。
- 表4列举了DNA、癌症组织等检测的灵敏度（如DNA传感器194 deg/RIU）。

5. 未来挑战与方向

作者提出三大发展方向：
1. 灵敏度优化：通过二维材料/贵金属杂化结构（如石墨烯-MoS₂-Ag）抑制金属氧化，提升信噪比。
2. 检测范围扩展：采用相位检测技术区分小分子化合物。
3. 微型化：利用纳米加工技术降低成本，推动芯片实验室（Lab-on-a-chip）应用。

论文价值与意义

本文全面梳理了等离子体传感器的发展脉络，其科学价值在于：
1. 系统性：整合了2015–2022年间137篇文献，涵盖结构设计、材料选择、应用场景的全链条创新。
2. 前瞻性：指出二维材料与SPR的协同效应是未来高灵敏度传感器的关键。
3. 实用性：为生物医学、环境监测等领域提供了可落地的技术方案（如血型检测的3172 nm/RIU传感器）。

亮点：
- 首次对比了六边形腔与方形腔的辐射损耗差异（图1b vs 图1a）。
- 提出“催化型传感器”概念，即通过二维材料保护金属界面并增强电荷转移（Zhou等，2020）。