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
糖类抗原15-3（CA15-3，Carbohydrate Antigen 15-3）；样品基质：乳腺癌患者胸水（pleural fluid）及 PBS 稀释标准液
检测原理
传感器以玻璃为基底，依次构建 ZnO 粘附层和 Au 换能层。Au 表面先形成 8-MOA 自组装单分子层，经 EDC/NHS 活化后，通过蛋白 G 将抗 CA15-3 单克隆抗体定向偶联，并用 BSA 封闭。当胸水样品中的 CA15-3 抗原流过传感表面时，抗原与抗体发生特异性结合，使 Au 表面附近的质量与折射率发生变化，从而改变表面等离子共振条件。SPRimager 在 790 nm 下实时监测反射光强度，结合量随抗原浓度增加而增加，信号在 40 U/mL 后趋于饱和。Au/ZnO 结构具有更窄的半峰宽和更大的角度偏移，因此相比 Au/Cr 可获得更强 SPR 响应。该方法为无标记检测，未使用额外信号放大策略。
检测灵敏度
LOD: 0.025 U/mL（信噪比 3:1）；线性范围: 1–40 U/mL；R^2 = 0.991；全范围拟合 R^2 = 0.979
效应效果
与 Au/Cr 相比，Au/ZnO 在 40 和 5 U/mL 时 SPR 强度变化至少提高 2 倍，0.1 U/mL 时提高 3 倍，检出限由 0.1 降至 0.025 U/mL，约低 4 倍。AFM 粗糙度分别为 0.27 和 0.26 nm，差异小于 0.2 nm，排除粗糙度主导。实验三次重复，误差棒为标准偏差。胸水与标准样品在 40、20、5、1、0.025 U/mL 下线性相关，斜率 1.754，R^2=0.994，非特异结合和交叉反应干扰不明显。LOD 低于成像椭偏术（1 U/mL）和扫描电化学显微镜（2.5 U/mL），与 CE-EIA-ED（0.025 U/mL）相当，且比其 1 h 孵育更快，适合肿瘤标志物快速检测。
传感器的构成
- 基底：玻璃显微镜载玻片（SF-10，Schott Glass），作为支撑基底并承载薄膜结构
- 粘附层：氧化锌（ZnO）薄膜，通过射频溅射沉积，增强金膜与玻璃结合并改善光学性能
- 换能层：金（Au）薄膜，作为 SPR 换能层并激发表面等离子共振
- 自组装层：8-巯基辛酸（8-MOA）自组装单分子层（SAM），提供羧基用于后续共价偶联
- 活化层：EDC/NHS 活化体系，活化羧基以形成共价键
- 识别元件：蛋白 G（protein G）与抗 CA15-3 单克隆抗体，定向固定抗体并特异性识别抗原
- 封闭层：1% 牛血清白蛋白（BSA），封闭非特异性结合位点
中文摘要
本文报道了金/氧化锌（Au/ZnO）纳米复合薄膜用于增强表面等离子共振（SPR）检测肿瘤标志物的性能。以乳腺癌肿瘤标志物糖类抗原15-3（CA15-3）为模型分析物，在乳腺癌患者胸水样品中分析不同浓度（0.0125–160 U/mL）的强度响应，评估基于 Au/ZnO 薄膜的 SPR 生物传感器检测能力。结果显示，CA15-3 的线性范围为 1–40 U/mL，相关系数 R^2 = 0.991，在信噪比 3:1 条件下检出限达 0.025 U/mL。与抗体-抗原特异性结合引起的 SPR 强度偏移相比，Au/ZnO 层的强度变化至少比金/铬（Au/Cr）层提高 2 倍；Au/ZnO 层的检出限比广泛用作 SPR 传感界面的 Au/Cr 层低约 4 倍。结果表明，Au/ZnO 薄膜可显著提高该双分子相互作用的 SPR 信号产率，并表现出高灵敏度，可用于肿瘤标志物检测。
英文摘要
We report that gold/zinc oxide (Au/ZnO) nanocomposite films were effectively employed to enhance the performance of surface plasmon resonance (SPR) for the detection of tumor markers. Carbohydrate antigen 15.3 (CA15-3), a tumor marker for breast cancer, was chosen as a model analyte. We analyzed intensity response to the samples at various concentrations (0.0125 U/mL to 160 U/mL) in pleural fluid to evaluate the detection capability of the SPR biosensor based on Au/ZnO thin films. The linear range extended from 1 to 40 U/mL with a correlation coefficient of R(2) = 0.991 and a limit of detection reaching 0.025 U/mL at a signal-to-noise ratio of 3:1. Compared with the degree of the shift in SPR intensity induced by the specific binding event between antibody and antigen, the change of intensity on the Au/ZnO layers was increased by at least 2 fold over that on the gold/chromium (Au/Cr) layers. In addition, we determined that the Au/ZnO layers allowed for a detection limit 4 times lower than the Au/Cr layers, which are in widespread use as the sensing interfaces in current SPR-based detectors. In conclusion, the use of Au/ZnO films greatly enhanced the SPR signal yield for this bimolecular interaction and showed high sensitivity.