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
大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）、乳杆菌（Lactobacillus，阴性对照）；样品基质：PBS 稀释细菌悬液（食品/环境水样应用）
检测原理
金膜表面的 SPR 共振角对界面折射率变化敏感。金片上先形成酸硫醇 SAM，经 EDC/NHS 或 GA 活化后固定山羊多克隆抗大肠杆菌 IgG，并用 BSA 封闭。当 PBS 中的 E. coli 与抗体特异性结合时，传感表面形成细菌层，局部质量与折射率增加，使 SPR 共振角向大角度偏移；浓度越高，结合量越大，共振角变化越大，高浓度时趋于饱和。第二传感器中 AuNPs 通过增大比表面积和导带电子集体振荡增强界面 SPR 信号。Nano-SPR 以 650 nm GaAs 激光经棱镜激发金膜，光电二极管记录反射率随时间变化，从而定量读出细菌浓度。
检测灵敏度
LOD: 10^4 cfu mL−1（无AuNPs）；LOD: 10^3 cfu mL−1（AuNPs）；线性范围: 0–10^5 cfu mL−1；饱和范围: 10^6–10^7 cfu mL−1；可检测折射率变化: 低于 5 × 10−3
效应效果
两种传感器均表现出良好重现性，响应时间约 1 min。AuNPs 将大肠杆菌检出限由无纳米颗粒时的 10^4 cfu/mL 降至 10^3 cfu/mL，并在 0–10^5 cfu/mL 范围内呈线性，10^6–10^7 cfu/mL 时信号饱和。对革兰阳性乳杆菌的阴性测试信号显著低于大肠杆菌特异信号，表明传感器具有较好选择性。系统可检测低于 5×10−3 的折射率变化。作者认为该 SPR 免疫传感器可用于食品和水环境中致病细菌的快速检测，AuNPs 通过增大比表面积和导带电子集体振荡放大 SPR 信号。
传感器的构成
- 基底/换能器：金片（gold slide, 10 mm×10 mm×1 mm）与 F8 玻璃棱镜（refractive index 1.61），用于 SPR 换能
- 自组装单分子层：酸硫醇（acid–thiol，16-mercaptohexadecanoic acid/16-mercaptoundecanoic acid），在金表面形成 SAM 并提供羧基
- 交联活化层：EDC/NHS 将羧基转化为 NHS 酯；第二传感器中用 GA 活化 AuNPs 上的胺硫醇
- 金纳米颗粒修饰层（第二传感器）：AuNPs（6–8 nm，HAuCl4/NaBH4 还原，柠檬酸稳定，cysteamine 功能化），增大比表面积并增强 SPR 信号
- 识别元件：山羊多克隆抗大肠杆菌 IgG 抗体（goat polyclonal IgG anti-E. coli, ab13627），特异性结合 E. coli
- 封闭剂：BSA（0.1%），封闭非特异结合位点和缺陷区
- 样品通道：硅胶流动池（silicone flow cell, 10 mm 厚，50 µl），输送 PBS 细菌悬液
- 信号读出：Nano-SPR 分析仪（650 nm GaAs 激光、棱镜、半导体光电二极管），记录反射率与共振角变化
中文摘要
本文报道了两种基于表面等离子共振（SPR）技术的细菌生物传感器。第一种传感器基于功能化金基底，第二种基于固定金纳米颗粒（AuNPs）的修饰金基底。对于第一种传感器，金基底采用自组装单分子层技术用酸硫醇进行功能化；对于第二种传感器，则在经修饰的金基底上固定金纳米颗粒。两种传感器均固定多克隆抗大肠杆菌抗体，用于特异性检测大肠杆菌（E. coli）和非特异性检测乳杆菌（Lactobacillus）。结果显示，第一种传感器对大肠杆菌的检出限为 10^4 cfu/mL，第二种为 10^3 cfu/mL，且重现性良好。由细菌吸附引起的折射率变化低于 5×10−3 时即可被检测。作者还利用建模软件估算了多层结构和大肠杆菌层的折射率。
英文摘要
This work describes an approach for the development of two bacteria biosensors based on surface plasmon resonance (SPR) technique. The first biosensor was based on functionalized gold substrate and the second one on immobilized gold nanoparticles. For the first biosensor, the gold substrate was functionalized with acid-thiol using the self-assembled monolayer technique, while the second one was functionalized with gold nanoparticles immobilized on modified gold substrate. A polyclonal anti-Escherichia coli antibody was immobilized for specific (E. coli) and non-specific (Lactobacillus) bacteria detection. Detection limit with a good reproducibility of 10(4) and 10(3) cfu mL(-1) of E. coli bacteria has been obtained for the first biosensor and for the second one respectively. A refractive index variation below 5x10(-3) due to bacteria adsorption is able to be detected. The refractive index of the multilayer structure and of the E. coli bacteria layer was estimated with a modeling software.