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
总前列腺特异性抗原（total PSA, t-PSA）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS）、200倍稀释人血清
检测原理
该传感器基于表面等离子体共振（SPR）与光学外差技术。双频正交偏振激光经共路干涉仪入射至金/介质界面，P偏振波激发一对高度相关表面等离子体波（SPW），S偏振波作为参考。CM5芯片表面经EDC/NHS活化后固定抗t-PSA捕获抗体；当t-PSA与抗体结合时，传感界面质量增加，导致有效折射率变化，使SPR反射率改变。光电探测器分别检测P偏振信号与S偏振参考信号，双锁相放大器同步解调外差信号，并通过振幅比算法抑制激光强度噪声。t-PSA浓度越高，界面结合质量越大，SPR信号变化越大，在PBS中呈线性响应。该过程无需标记或酶催化放大，主要依靠共路干涉、同步外差检测和振幅归一化提升灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 8.4 × 10^-9 RIU (SNR = 3)；LOD: 10 fg/mL (∼300 aM) t-PSA in PBS；线性范围: 10 fg/mL (∼300 aM)–100 pg/mL (∼3 pM)；R^2 = 0.9724（t-PSA/PBS）；R^2 = 0.9831（蔗糖水校准）
效应效果
PSPWB在PBS中对t-PSA的线性范围为10 fg/mL至100 pg/mL，R^2=0.9724，动态范围达5个数量级；10 min稳定性测试中SPR信号波动约±0.0006 a.u.。在200倍稀释人血清中成功检测61 pg/mL（约2 pM）t-PSA，表明对临床样品基质有一定耐受性，且无需复杂前处理。与常规SPR约1–10 nM的低分子量分析物检出限相比，本方法将PSA检测推进到10 fg/mL（约300 aM）；与金纳米颗粒增强SPR（约10 fM/330 fg/mL）、SPFS（约80 fM/2.64 pg/mL）和局域SPR（约250 fM/8.1 pg/mL）相比具有竞争力，但不及扫描隧道显微镜（10 fg/mL）或硅纳米线FET（1 fg/mL）。作者认为其简单、实时、无标记，适合临床诊断与蛋白相互作用检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：SPR金膜芯片（G chip，金膜厚度47.5 nm）与Biacore CM5芯片，提供金/介质界面并激发表面等离子体波（SPW）
- 化学活化层：EDC/NHS氨基偶联试剂，活化CM5芯片葡聚糖基质（dextran matrix）羧基，形成活性酯用于抗体固定
- 识别元件：抗总前列腺特异性抗原单克隆捕获抗体（anti-t-PSA，39 µg/mL），共价固定于CM5芯片表面，特异性结合t-PSA
- 封闭/失活层：乙醇胺盐酸盐（ETH，1.0 M ethanolamine-HCl，pH 8.5），失活多余活性酯并去除松散结合蛋白
- 样品介质：磷酸盐缓冲液（PBS）或200倍稀释人血清，作为t-PSA结合与SPR信号检测介质
- 光学读出组件：偏振共路干涉仪、双频正交偏振激光、偏振分束器（polarizing beam splitter）、光电探测器与双锁相放大器，检测P偏振SPR信号与S偏振参考信号
中文摘要
本研究报道了一种振幅敏感型配对表面等离子体波生物传感器（PSPWB），用于在稀释人血清中对前列腺特异性抗原（PSA）进行无标记实时检测。该传感器基于表面等离子体共振（SPR）并结合光学外差技术，通过同步检测两路相关表面等离子体波信号提高灵敏度。实验测得PSPWB对有效折射率变化的检出限为8.4×10^-9折射率单位（RIU）；在磷酸盐缓冲液（PBS）中，PSA浓度从10 fg/mL（约300 aM）到100 pg/mL（约3 pM）范围内，SPR信号与PSA浓度呈良好线性关系，动态范围达5个数量级。此外，PSPWB还成功检测了稀释人血清中的PSA。结果表明，PSPWB具有宽范围、高灵敏度的SPR检测能力，并可在无需复杂操作的情况下用于临床样品中生物分析物的检测。
英文摘要
In this study, we demonstrated that an amplitude-sensitive paired surface plasma wave biosensor (PSPWB) is capable of real-time detection of prostate-specific antigen (PSA) in diluted human serum without labeling. Experimentally, the detection limit of PSPWB was 8.4 x 10(-9) refractive index unit (RIU) and the PSPWB could measure PSA in a phosphate buffered saline solution from 10 fg/mL ( approximately 300 aM) to 100 pg/mL ( approximately 3 pM) successfully, with demonstration of a linear relationship between PSA concentrations and surface plasmon resonance (SPR) signals. Therefore, results were obtained over a wide dynamic range 5 orders of magnitude for analyte concentration. In addition, the PSPWB successfully detected PSA in diluted human serum as well. These experimental results indicate that the PSPWB is capable of detection with high sensitivity over a wide range by using SPR-based biosensors and has a capability of detecting biological analytes in clinical sample without complicated operating procedures.