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
尿液蛋白/肽（urinary proteins/peptides）、胱抑素C（cystatin C）、视黄醇结合蛋白（retinol-binding protein）、尿蛋白1（urinary protein 1）、β2-微球蛋白（β2-microglobulin）、人绒毛膜促性腺激素（hCG）、白蛋白（albumin）、N-端肽（NTx）；样品基质：尿液
检测原理
SPR传感器将一种相互作用伙伴（配体）固定于金膜表面，尿液样品中的被测蛋白/肽在流动池中流过表面。当被测物与固定化配体结合时，界面附近生物分子质量增加，引起局部折射率变化。p偏振光在玻璃-金界面发生全内反射，倏逝场激发金膜自由电子形成表面等离子体；结合导致共振角度偏移，反射光强度出现下降，仪器以响应单位（RU）记录传感器图。结合量与RU近似线性，参考流路用于扣除非特异结合、体相折射率和基质效应。通过结合/解离曲线可拟合结合/解离速率常数与亲和力；无标记检测适合蛋白/肽，小分子信号弱，夹心二级抗体可放大信号。
检测灵敏度
LOD: 10 pg/mm2（potential lower limit of detection）；线性范围: 2–50 ng/mm2（surface concentrations）；灵敏度: 1000 RU ≈ 120 millidegree ≈ 1.0 ng/mm2；hCG: 415–46,100 mIU/ml；hA: 20–200 µg/ml
效应效果
SPR为无标记实时检测，可获动力学与浓度信息。参考流路扣除非特异结合、体相折射率和基质效应；尿样信噪比优于血清/血浆。健康人尿蛋白低但盐高，用HBS-EP（pH 7.4）稀释，避免pH<6.5降解小蛋白，并十次稀释减少非特异结合。最小可靠响应约10 RU，潜在检出限10 pg/mm2；2–50 ng/mm2内线性。BIA/MS可鉴定截短蛋白；NTx的SPR与ELISA结果相似，更快且芯片可重复使用，适用于尿液蛋白尿诊断。hCG与白蛋白顺序分析范围分别为415–46,100 mIU/ml和20–200 µg/ml。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃载片与棱镜，承载金膜并实现光耦合
- 金属膜：金（Au）薄膜，约50 nm，产生表面等离子体共振
- 表面基质：羧甲基葡聚糖（CMD）水凝胶或长链烷硫醇自组装单层（SAM），提供反应基团并降低非特异吸附
- 识别元件：固定化配体（抗体、蛋白、肽、DNA/寡核苷酸、亲和标签等），与尿液蛋白/肽发生生物特异性结合
- 偶联/活化层：EDC/NHS活化羧基，或醛基、硫醇/二硫键、Protein A/G、链霉亲和素、Ni2+、hAGT-BG等实现定向固定
- 封闭/抗非特异层：乙醇胺封闭未反应基团；Tween-20、BSA/人血清白蛋白或可溶性CMD减少非特异结合
- 信号/放大元件：SPR无标记直接检测；部分夹心法使用二级抗体增加结合质量
- 读出：SPR角度/响应单位（RU）传感器图，由扫描镜或成像系统检测反射光强度变化
中文摘要
表面等离子共振（SPR）是一种新型生物物理检测方法。结合精密表面化学与传感仪器，SPR生物传感器已成为分子相互作用研究的成熟工具，并在相互作用蛋白质组学中发挥作用。当新蛋白在尿液中被发现后，SPR有助于解析其功能。凭借突出的分析特性，SPR正越来越多地进入临床实验室定量分析领域。复杂的尿液蛋白和/或代谢物检测将使SPR生物传感器既可用于核心实验室，也可用于即时检测。本综述首先阐述金表面附近的SPR光学现象以及固态表面生物偶联化学的主要特征，然后介绍利用SPR进行分子相互作用动力学分析的计算方法。为展示该方法能力，最后详细描述其在尿液蛋白质组学和蛋白尿诊断中的新应用。
英文摘要
Surface plasmon resonance (SPR) is a novel biophysical detection method. In combination with sophisticated surface chemistries and sensing instrumentations, SPR biosensors are approved as tools for molecular interaction studies. SPR plays also a role in interaction proteomics. Once being detected in urine, SPR helps to unravel the functions of new proteins. Due to its outstanding analytical characteristics, SPR also moves more and more into the realm of quantitative analyses in the clinical laboratory. Complex urine determinations of proteins and/or metabolites will bring the SPR biosensor both to the core lab and to point-of-care-testing.This review delineates first the optical phenomena of SPR near to the gold surface, and also the main features of bioconjugation chemistry on a solid-state surface. Then the kinetic calculation of molecular interaction analysis using SPR is introduced. In order to portray the capability of the method, new applications in urine proteomics and proteinuria diagnostics are finally described in detail.