组成图示
示意图生成中
传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
人免疫球蛋白G（human IgG）；样品基质为 PBS 缓冲液（选择性实验含人血清白蛋白、人γ-球蛋白）
检测原理
该传感器基于波长调制 SPR 的 Kretschmann 衰减全反射构型。TM 偏振光经棱镜激发 Au 膜表面等离子体，共振波长对界面折射率变化敏感。TiO2 溶胶-凝胶多层膜通过气相沉积构建，第三层包埋兔抗人 IgG 偶联 AuNP，第二层包埋游离 AuNP。当人 IgG 与 anti-IgG 特异性结合后，传感膜界面折射率增加，引起 SPR 共振波长红移（Δλeq），经 CCD 光谱读出。AuNP 的局域表面等离子体与 Au 膜传播等离子体耦合，增强表面等离子体响应，从而提高灵敏度。PBS 冲洗可使抗原解离，实现传感器再生。
检测灵敏度
线性范围: 0.30–40.00 μg mL−1（[TiO2, TiO2/AuNP(50%), TiO2/AuNP-anti-IgG]）；0.60–40.00 μg mL−1（[TiO2, TiO2/AuNP(30%), TiO2/AuNP-anti-IgG]）；2.50–40.00 μg mL−1（[TiO2, TiO2, TiO2/AuNP-anti-IgG]）；5.00–40.00 μg mL−1（[MPA-anti-IgG]）；最低响应浓度: 0.30 μg mL−1（50% AuNP 膜，较无 AuNP 低约 8 倍，较 MPA-anti-IgG 低约 16 倍）
效应效果
该传感器对人血清白蛋白（HSA）和人γ-球蛋白（5.00–20.00 μg mL−1）无可观察 SPR 位移，显示对人 IgG 的选择性。三次独立实验相对标准偏差小于 6%，重现性良好。4℃ PBS 储存 5 天后响应无明显下降；10 天、20 天、30 天后在 10.00 μg mL−1 人 IgG 下分别保留初始响应的 82%、69% 和 57%。与 MPA-anti-IgG 传统固定方式相比，50% AuNP 膜最低响应浓度低约 16 倍，且 MPA 传感器储存 5 天后几乎无响应，说明 TiO2 溶胶-凝胶包埋有利于维持抗体生物活性。作者认为该方法固定温和、水化微环境好，适用于人 IgG 的长期稳定检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：光学棱镜，真空沉积约 2 nm Cr 粘附层和 50 nm Au 膜，作为 SPR 换能器
- 第一层修饰：TiO2 溶胶-凝胶膜（钛酸异丙酯气相沉积，约 11 nm），隔离 AuNP 与 Au 膜，防止背景增强
- 第二层修饰：TiO2 溶胶-凝胶膜包埋胶体 AuNP（50% 或 30% 浓度，约 18 nm），通过局域表面等离子体耦合增强 SPR 灵敏度
- 第三层识别层：TiO2 溶胶-凝胶膜包埋 AuNP-anti-IgG（约 15 nm），固定兔抗人 IgG 并提供水化微环境
- 识别元件：兔抗人 IgG（anti-IgG）偶联 AuNP，特异性结合人 IgG
- 信号放大元件：AuNP 局域表面等离子体与 Au 膜传播等离子体耦合，增强 SPR 响应
中文摘要
本文报道了一种用于检测人免疫球蛋白G（human IgG）的新型表面等离子共振（SPR）生物传感器。该传感器通过气相沉积法在 SPR 金膜表面构建三层二氧化钛（TiO2）溶胶-凝胶膜：胶体金纳米颗粒（AuNP）被固定在第二层 TiO2 膜中，与兔抗人 IgG 偶联的 AuNP 则包埋于第三层 TiO2 膜中。结果表明，第二层 TiO2 膜中的 AuNP 可有效增强 SPR 传感器的灵敏度，含 AuNP 传感器的最低可检测浓度约为无 AuNP 传感器的八分之一。TiO2 溶胶-凝胶为多孔均质材料，允许分析物扩散至包埋生物分子，并为生物分子识别提供受控环境；同时其水化微环境有利于维持生物活性。因此，该修饰传感器在人 IgG 浓度 0.30–40.00 μg mL−1 范围内具有满意响应，并能长期保持良好生物活性。
英文摘要
A novel surface plasmon resonance (SPR) biosensor for the determination of human IgG was introduced. The biosensor was prepared with three layers of titania sol-gel membrane by vapor deposition. The colloid Au nanoparticle (AuNP) was immobilized in the second layer of titania membrane and the AuNP coupled with rabbit anti-human IgG was encapsulated in the third layer. The AuNP in the second layer of titania membrane was proved to be effective in the sensitivity enhancement of SPR biosensor. The lowest concentration that could be detected obtained by the biosensor with AuNP is about eight times lower than that obtained without AuNP. In addition, the titania sol-gel is a porous homogeneous material that permits analytes to access the encapsulated biomolecule and can provide a controlled environment for the study of biomolecular recognition. The titania sol-gel was also confirmed to be benefit for biomolecule to keep bioactivity, which could offer a good waterish microenvironment. As a result, the modified biosensor exhibits a satisfactory response for human IgG in the concentration range of 0.30-40.00 microg mL(-1) and shows favorable bioactivity for a long time.