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
人IgM（human IgM）；样品基质：PBS缓冲液（人IgM标准溶液），文中未明确血清等实际临床基质
检测原理
山羊抗人IgM通过EDC/NHS活化MPA羧基与抗体氨基偶联到Fe3O4/Au纳米复合材料表面。利用Fe3O4核的磁性，在磁柱产生的约900 G磁场下将抗体-纳米复合材料复合物固定到SPR芯片Au膜表面。当人IgM流过流池并与固定抗体特异性结合时，传感膜界面质量/折射率发生变化，导致SPR共振波长红移。Au壳的局域表面等离子体共振与芯片Au膜表面等离子体耦合，增强局部电磁场；同时纳米复合材料增加传感膜厚度，使共振波长向长波移动，从而放大波长位移信号。最终由波长调制SPR仪/CCD检测共振波长位移，位移大小随人IgM浓度增加而增大。
检测灵敏度
LOD: 1.25 μg ml−1（30 nm Fe3O4/Au，原文最低可检测浓度）；线性范围: 0.30–20.00 μg ml−1（8、12、17、20 nm Fe3O4/Au）；线性范围: 1.25–20.00 μg ml−1（MPA/anti-human IgM对照）；共振波长位移: 0.5 nm（0.30 μg ml−1）至5.3 nm（20.00 μg ml−1）（Fe3O4/Au）；0.5 nm（1.25 μg ml−1）至4.1 nm（20.00 μg ml−1）（MPA对照）
效应效果
该传感器对干扰蛋白具有选择性：牛血清白蛋白（BSA）和人血清白蛋白（HSA）在5.00–10.00 μg ml−1范围内未观察到明显共振波长位移，20.00 μg ml−1时位移仅0.5 nm，而20.00 μg ml−1人IgM位移为5.3 nm。实验重复性以n=3的误差棒表示，未给出RSD数值。再生方面，移除磁柱后用水冲洗可使Fe3O4/Au-抗体复合物解离，解离率约83%，芯片可重复使用，避免强酸/碱损伤Au膜。与MPA/anti-human IgM对照相比，Fe3O4/Au传感器在20.00 μg ml−1时最大位移5.3 nm，高于对照的4.1 nm，且线性下限更低。作者认为Fe3O4/Au纳米复合材料可简化抗体固定与再生，并通过Au壳局域等离子体增强提高SPR灵敏度。
传感器的构成
- 基底/换能器：SPR芯片，棱镜真空沉积约2 nm Cr粘附层和50 nm Au膜，形成Kretschmann配置SPR换能器。
- 纳米材料修饰层：Fe3O4/Au核壳纳米复合材料，Fe3O4核提供磁性固定，Au壳提供局域表面等离子体增强和生物相容表面。
- 表面功能化层：3-巯基丙酸（MPA），吸附于Au壳表面，控制Au壳厚度并提供羧基用于抗体偶联。
- 识别元件：山羊抗人IgM（anti-human IgM），经EDC/NHS活化MPA羧基后与抗体氨基偶联，特异性识别人IgM。
- 固定装置：磁柱（magnetic pillar），位于棱镜下方，产生约900 G磁场，将Fe3O4/Au-抗体复合物固定到芯片表面。
- 封闭剂：乙醇胺盐酸盐（ethanolamine hydrochloride，pH 8.0），封闭未反应活化羧基，减少非特异性结合。
- 信号放大/读出：Au壳局域表面等离子体与Au膜耦合及传感膜厚度增加，增强SPR共振波长位移，由波长调制SPR仪/CCD读出。
中文摘要
本文制备了以3-巯基丙酸（MPA）修饰的核壳型Fe3O4/Au纳米复合材料，并将其应用于表面等离子共振（SPR）生物传感器。通过紫外-可见光谱和透射电子显微镜对Fe3O4/Au纳米复合材料进行了详细表征。利用其磁性及优异光学性质，Fe3O4/Au纳米复合材料作为山羊抗人IgM的固体载体，可通过磁柱将抗体固定在SPR芯片表面。这种新型抗体固定方法简化了实验步骤，并有利于传感膜的再生。此外，通过改变溶液中MPA用量可获得不同直径的Fe3O4/Au纳米复合材料，并研究了不同直径对SPR生物传感器灵敏度的影响。结果表明，该SPR生物传感器对人IgM在0.30–20.00 μg ml−1浓度范围内具有良好响应，且纳米复合材料直径增大有利于提高SPR生物传感器灵敏度。
英文摘要
In this paper, the core/shell Fe3O4/Au nanocomposites modified with 3-mercaptopropionic acid (MPA) were prepared and applied in the surface plasmon resonance (SPR) biosensor. And the detailed investigation of Fe3O4/Au nanocomposites was separately performed by UV-vis spectroscopy and transmission electronic microscopy. As the magnetic property and exceptional optical properties, the Fe3O4/Au nanocomposites were used as the solid support for the goat anti-human IgM, which could be immobilized on the surface of SPR biosensor chip by a magnetic pillar. This novel method of immobilizing goat anti-human IgM simplified experimental procedures and facilitated the regeneration of the sensing membrane. In addition, the different diameter of Fe3O4/Au nanocomposites could be obtained with the different amount of MPA in the solution. And the effect of Fe3O4/Au nanocomposites with different diameters on the sensitivity of SPR biosensor was also explored. As a result, the SPR biosensor exhibits a satisfactory response for human IgM in the concentration range of 0.30-20.00 μg ml(-1) and the increasing nanocomposite diameter is in favor of the sensitivity enhancement of SPR biosensor.