组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
游离前列腺特异性抗原（free PSA, f-PSA）；样品基质：HBS-EP 缓冲液、人血清
检测原理
该传感器以Au薄膜中的长程表面等离子体（LRSP）作为光学换能机制。LRSP具有低阻尼和扩展倏逝场，可增强金属表面附近电磁场并提高荧光激发与收集效率。PCDM水凝胶锚定在Au表面，形成微米级三维结合基质，其中c-Ab通过EDC/NHS共价固定。样品中的f-PSA扩散进入水凝胶并被c-Ab捕获；随后Alexa Fluor 647标记的d-Ab与f-PSA结合形成夹心复合物。LRSP增强d-Ab荧光，荧光强度随f-PSA浓度增加而增大，经670 nm滤光片和PMT读出。直接检测模式下，f-PSA结合改变水凝胶折射率，引起LRSP反射率变化。放大策略包括LRSP场增强、水凝胶高结合容量和荧光夹心免疫标记。
检测灵敏度
LOD: 34 fM（HBS-EP）、330 fM（人血清）；LOD: 0.68 nM（直接检测）；校准范围: 100 fM–10 pM（SPFS）、3–300 nM（直接检测）；3σ(F)=230 cps；3σ(ΔR)=8×10^-4
效应效果
该传感器对f-PSA具有特异性：无c-Ab的PCDM表面在30 nM f-PSA下无显著反射率变化。人血清存在非特异吸附，空白血清荧光响应约625 cps；加入0.5 mg/mL游离PCDM可使非特异响应降低约2.7倍。传感器在30个检测循环和4天运行后响应RSD为4%，单样品分析约30 min。SPFS在HBS-EP中LOD为34 fM，人血清中为330 fM，直接折射率检测LOD为0.68 nM，荧光夹心检测比直接检测低约4个数量级。与常规SPFS葡聚糖刷相比，LOD约改善2倍、孵育时间缩短2倍。作者认为该平台可用于快速、超灵敏医学诊断和前列腺癌复发早期识别。
传感器的构成
- 基底/换能器：LASFN9玻璃棱镜、Cytop CTL-809M低折射率膜（约770 nm）和Au膜（约20 nm），用于ATR激发LRSP并收集荧光
- 自组装单分子层：苯甲酮终止硫醇SAM修饰Au表面，提供苯甲酮基团用于UV光化学锚定水凝胶
- 结合基质：光交联羧甲基葡聚糖PCDM水凝胶（干膜210–280 nm，溶胀约0.98–1.3 µm），含羧基和苯甲酮，UV交联后提供三维结合空间
- 识别元件：捕获抗体c-Ab（抗PSA表位4单克隆小鼠IgG1），经EDC/NHS与PCDM羧基偶联，捕获f-PSA
- 信号标记物：检测抗体d-Ab（抗PSA表位6单克隆小鼠IgG2a）标记Alexa Fluor 647，与f-PSA结合产生荧光
- 封闭/再生：1 M乙醇胺盐酸盐失活未反应NHS酯；甘氨酸pH 1.5和10 mM NaOH再生表面
- 信号读出：HeNe激光（632.8 nm）、670 nm带通滤光片和PMT检测LRSP增强荧光；反射率检测用于直接检测
中文摘要
本文报道了一种基于表面等离子增强荧光光谱（SPFS）的新型生物传感器，其采用长程表面等离子体（LRSP）和光交联羧甲基葡聚糖（PCDM）水凝胶结合基质。LRSP是沿薄金属膜传播的表面等离子体模式，相比常规表面等离子体具有低得多的阻尼，因此其激发可显著增强电磁场强度，并在荧光标记分子结合到传感器表面时大幅提高荧光信号。此外，LRSP具有可穿透至金属表面微米距离的扩展倏逝场，因此将约微米厚的PCDM水凝胶锚定在传感器表面作为结合基质。该策略可提供较大的结合容量并实现超灵敏检测。在模型实验中，该平台采用夹心免疫分析法检测缓冲液和人血清中的游离前列腺特异性抗原（f-PSA），达到飞摩尔量级的检出限，比基于结合诱导折射率变化直接检测f-PSA的检出限低约4个数量级。
英文摘要
A new biosensor based on surface plasmon-enhanced fluorescence spectroscopy (SPFS), which employs long-range surface plasmons (LRSP) and a photo-cross-linkable carboxymethyl dextran (PCDM) hydrogel binding matrix, is reported. LRSPs are surface plasmon modes that propagate along a thin metallic film with orders of magnitude lower damping compared to regular surface plasmons. Therefore, their excitation provides strong enhancement of the intensity of the electromagnetic field and a greatly increased fluorescence signal measured upon binding of fluorophore-labeled molecules on the sensor surface. In addition, these modes exhibit highly extended evanescent fields penetrating up to micrometers in distance from the metallic sensor surface. Therefore, a PCDM hydrogel with approximately micrometer thickness was anchored on the sensor surface to serve as the binding matrix. We show that this approach provides large binding capacity and allows for the ultrasensitive detection. In a model experiment, the developed biosensor platform was applied for the detection of free prostate specific antigen (f-PSA) in buffer and human serum by using a sandwich immunoassay. The limit of detection at the low femtomolar range was achieved, which is approximately 4 orders of magnitude lower than that for direct detection of f-PSA based on the monitoring of binding-induced refractive index changes.