组成图示
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传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
人抗免疫球蛋白G（human Anti-IgG），样品基质：PBS缓冲液（开放/封闭微流通道）
检测原理
系统以SF2玻璃为基底，50 nm金膜在p偏振光激发下产生表面等离子体波。金膜表面通过硫醇连接物HS-(CH2)7COOH、EDC/NHS共价固定人IgG，并用乙醇胺封闭非特异位点。当样品中human Anti-IgG与固定IgG特异性结合时，金膜-溶液界面生物分子层厚度与折射率增加，导致SPR共振角偏移，同时改变反射光p/s分量的振幅比Ψ和相位差Δ。系统用633 nm激光、液晶相位调制器和光电探测器测量椭偏参数，在SPR角附近（约64°）Δ对界面变化更敏感，可实时监测结合动力学和表面浓度变化。无外源标记，信号随结合量增加而增大。
检测灵敏度
分辨率: 1 ng/mL
效应效果
系统以DI水进行重复性测试，ESPR模式下椭偏参数Ψ和Δ随入射角变化曲线重复性良好。开放通道静态反应与封闭通道连续流动（5 μL/min）反应均能监测IgG/Anti-IgG结合。SPR模式可观察到共振角随生物分子固定和结合逐步偏移；椭偏模式Ψ、Δ随反应步骤变化；ESPR模式中Δ在SPR共振角约64°附近变化显著，灵敏度高于Ψ，信噪比更高，且Δ的分辨率比Ψ高一个数量级，反应信号优于传统SPR角调制。系统整体分辨率可达1 ng/mL，可获取膜厚、浓度、动力学常数、结合特异性等信息，作者认为其可兼作研发与制造工具用于生物医学应用。
传感器的构成
- 基底/换能器：SF2玻璃片（20×20×1 mm）与半球形SF2透镜，作为光路耦合基底并匹配折射率
- 金属传感层：50 nm金膜（Au），激发表面等离子体波（SPW）并形成SPR界面
- 生物连接层：硫醇连接物HS-(CH2)7COOH（biolinker），自组装于金膜表面并提供羧基
- 活化剂：EDC/NHS（1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐/N-羟基琥珀酰亚胺），活化羧基用于共价固定蛋白
- 识别元件：人免疫球蛋白G（human IgG，50 μg/mL），固定于芯片表面作为捕获层
- 封闭剂：乙醇胺盐酸盐（EA，1.0 M ethanolamine hydrochloride），封闭剩余活性位点
- 流动通道：PMMA压块与10×1×0.5 mm流道，用于开放/封闭通道生物反应
- 反应介质：PBS缓冲液（pH 7.2），用于输送样品与清洗
中文摘要
我们开发了一种新型多功能光学生物芯片系统，将椭偏仪与表面等离子共振（SPR）功能集成，称为椭偏SPR（ESPR）。该生物传感器可无标记、实时获取固定生物分子单层的光学性质、生物医学反应中表面浓度变化以及生物分子间动力学亲和力等信息，满足后续生物技术分析需求。系统可在椭偏、SPR和ESPR三种模式间切换，利用椭偏测量SPR现象，提高SPR分辨率并获取更详细界面信息。实验以人IgG与人抗IgG为模型，在开放和封闭微流通道中验证生物反应，结果表明ESPR模式下的椭偏参数Δ对SPR共振角附近变化更敏感，系统分辨率可达1 ng/mL，可作为研发与制造工具用于多种生物医学应用。
英文摘要
We develop a new multifunctional optical biochip system that integrates an ellipsometer with a surface plasmon resonance (SPR) feature. This newly developed biochip biosensor, which we call ESPR for an ellipsometric SPR, provides us with a system to retrieve detailed information such as the optical properties of immobilized biomolecular monolayers, surface concentration variations of biomedical reactions, and kinetic affinity between biomolecules required for further biotech analysis. Our ESPR can also serve as both a research and development tool and a manufacturing tool for various biomedical applications.