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
生物化学薄膜光学各向异性/折射率变化（optical anisotropy/refractive index change of biochemical films）；示例：金表面烷基硫醇自组装单分子层/磷脂半膜（SAM/phospholipid hemimembrane），样品基质：水或甘油水溶液流动池
检测原理
TM 偏振光经 SF11 棱镜耦合至 Au 传感层，激发表面等离子体。周围介质或表面生物膜的有效折射率与各向异性变化会改变等离子体耦合条件，使反射率发生变化。系统用两个正交入射臂分别测量 x、y 方向反射率变化 ΔRx 和 ΔRy，二者差分得到各向异性信号 ΔRaniso=ΔRx−ΔRy。在金表面 SAM/磷脂半膜体系中，电位循环改变表面分子取向并形成图案化结构，导致双折射/各向异性变化，从而产生动态 SPR 信号。薄膜各向异性越大，差分反射率变化越大。该方法为无标记检测，不依赖化学放大，主要依靠正交差分、空间平均和短积分时间提高信噪比。
检测灵敏度
最小可检测各向异性: 10^-3 RIU（1 nm 生物膜）；体相各向异性: 10^-5 RIU；读数噪声: <10^-2%；可分辨角度: 5°（1 nm 等效层）
效应效果
系统为光子噪声限制，400 μm×400 μm 空间平均、1 s 积分 16 帧平均后噪声低于 10^-2%。甘油校准中，1% 甘油对应 1.4×10^-3 RIU，1.5% 对应 2.1×10^-3 RIU，1% 信号约相当于 Au 表面沉积 2 nm、n=1.45 介质膜。SAM/磷脂半膜实验中，对照区 C 残余各向异性低于 10^-2%（体相 <10^-5 RIU）；电极区 A 经电位循环后累积各向异性，最终约 0.6%，对应 -9×10^-5 RIU 或约 10^-2 RIU（1 nm、n=1.45）。作者认为其可用于无标记、动态、多区域生物膜各向异性成像。
传感器的构成
- 基底/换能器：SF11 玻璃片，承载金传感区并作为光学基底
- 粘附层：7 nm Ti，增强 Au 与玻璃结合
- 传感金属层：47 nm Au，激发表面等离子体并作为传感面/电极
- 识别/功能膜：烷基硫醇自组装单分子层（SAM），在金表面形成有序分子层
- 生物膜层：磷脂半膜（phospholipid hemimembrane），由磷脂脂质体融合于 SAM 上形成
- 功能分区/电极：A、B、REF、C 区域，A/B 接电位计施加电位，REF 参考，C 对照
- 流体池/校准介质：流动池、水及 1%–1.5% 甘油水溶液，用于体相折射率校准与流动测量
- 光学耦合层：SF11 棱镜与匹配油，将 TM 光耦合至 Au 层
中文摘要
本文报道了一种偏振表面等离子共振成像（P-SPRI）生物传感器系统，可动态分辨生物化学薄膜光学各向异性的变化。该系统基于 Kretschmann–Raether 构型，采用两个正交 SPRI 检测臂，分别采集 TM 偏振光在两个正交入射平面下的反射图像，从而对无标记生物薄膜进行动态测量。系统能够分辨纳米厚样品中低至 10^-3 折射率单位（RIU）的各向异性变化。作为示例，作者在金表面烷基硫醇自组装单分子层（SAM）上构建磷脂半膜，并通过电位循环进行电学图案化，动态获得了薄膜各向异性信号。结果表明，系统读数噪声低于 10^-2%，可检测体相各向异性低至 10^-5 RIU，或 1 nm 生物膜上 10^-3 RIU 的各向异性，并能分辨 1 nm 等效层约 5° 的取向变化。
英文摘要
We report the realization of a polarimetric surface plasmon resonance imaging system capable of dynamically resolving a change in the optical anisotropy of biochemical films. Anisotropies as small as 10(-3) refractive index unit on nanometer-thick samples can be resolved. As an example, we present here the dynamical anisotropy obtained by the electrical patterning of a film consisting of a self-assembled monolayer deposited on gold, covered with a phospholipid hemimembrane.