在国家自然科学基金项目（批准号：52373238、52003225）等资助下，西湖大学工学院文燎勇团队联合厦门大学等单位，提出了基于辐射Q因子调制的复变折射率传感机制，发展了晶圆级三维连续域束缚态（BIC）超表面纳米光学生物传感平台，实现了肺癌小细胞外囊泡的快速、超灵敏检测。相关成果以“基于强耦合三维连续域束缚态超表面辐射Q因子调制的超灵敏生物传感（Ultrasensitive biosensing by radiative Q-factor modulation in strongly coupled three-dimensional bound-state-in-the-continuum metasurfaces）”为题，于2026年5月13日发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-026-01909-z。

　　高灵敏、免标记的生物分子检测是疾病早筛、药物研发和精准医学的重要基础。然而，传统纳米光学生物传感器多依赖共振峰位漂移读取折射率变化，传感通道单一，易受信号弱、抗扰动能力不足和系统复杂等限制。因此，如何将微弱生物分子扰动转化为更强、更稳定且易集成的光电信号，是其走向临床应用的关键挑战。

　　针对这一问题，研究团队提出了辐射调Q复变折射率传感机制。该机制利用强耦合三维BIC超表面对辐射损耗的敏感调控，将微弱折射率扰动转化为Q因子变化，并进一步转化为更容易读取的光电信号。不同于传统峰位漂移读出，该方法从共振频率的复数本征值出发，建立折射率扰动、辐射损耗与强度变化之间的联系，突破了折射率传感“只读峰位”的局限。基于该机制，研究团队实现了低至10^-6 RIU量级的折射率检测限；在肺癌小细胞外囊泡检测中，检测限低至24 aM，检测限较标准免疫检测方法降低约4个数量级。团队进一步在171例人血清样本中开展临床验证，早期肺癌检测 AUC 达到 94.9%，表现出较强的早筛识别能力。

　　该晶圆级三维BIC超表面的实现，依托于文燎勇团队前期研发的铝基跨尺度三维光刻技术“Aluminium surface work hardening enables multi-scale 3D lithography”（Nature Materials 24, 39–47, 2025）。

　　该工作建立了涵盖三维BIC超表面结构加工、光场调控和临床检测的系列技术方法，为高性能纳米光子器件的规模化制造，以及免标记、快速、低成本的临床生物检测提供了新的可能路径。

图 基于晶圆级三维BIC超表面的辐射调Q复变生物传感。（a）辐射调Q复变折射率传感机制（第2象限）；（b）三维BIC超表面结构的SEM和AFM图；（c）基于LED和光电探测器的小型化检测系统；（d）6英寸和8英寸晶圆级三维BIC超表面