拓扑暗态：如何设计用于光学生物传感且灵敏度几乎无限高的超材料

由于无需标记且分析速度快，光学传感器有望在生物医学诊断、安全、环境和食品安全应用中取得重大进展。然而，最先进的等离激元生物传感器实现的灵敏度存在一个根本性限制，该限制由系统中的损耗和/或生物芯片的几何结构引起。在此，我们报告了拓扑暗态超材料中的一种剪刀效应，该效应能够为生物传感提供几乎无限的真实灵敏度，从而解决了灵敏度瓶颈这一限制性问题。我们解释了如何通过拓扑暗态超材料的适当设计来实现剪刀效应，并描述了其制造策略。为了验证该效应在生物传感中的适用性，我们展示了在宽达3个数量级的线性动态范围内对叶酸（一种对人类健康重要的维生素）的检测，检测限为0.125 nM，这比之前报道的所有光学同类方法好几个数量级。我们的工作为设计和实现对结合事件具有超高灵敏度的等离激元、半导体和介电超材料开辟了可能性。