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
抗牛血清白蛋白抗体（anti-BSA，PBS 缓冲液）；氯化钠溶液（NaCl，去离子水/折射率校准）
检测原理
固定入射角下，白光经偏振与 Michelson 干涉后照射 BK7 棱镜/48 nm 金膜界面，激发表面等离子体波。样品侧折射率变化会改变 SPR 耦合条件，使 p 偏振反射相位发生波长依赖性变化，而 s 偏振基本不变。系统记录 p/s 双通道光谱干涉条纹，用 FFT 与窗口傅里叶滤波提取各波长相位，再互减得到 SPR 差分相位。anti-BSA 与金表面 BSA 单分子层结合后，界面质量/折射率增加，差分相位随之增大；由于最大相位斜率随浓度向长波移动，全光谱相位跟踪可在宽动态范围内保持高灵敏度。
检测灵敏度
LOD: 2.2 × 10−7 RIU；生物传感 LOD: 0.5 ng ml−1；RIU range: 1.3333–1.3505 RIU；ΔRIU: 9 × 10−4–1.72 × 10−2；phase fluctuation: 2 × 10−4 rad
效应效果
系统以 0.5%–10.5% NaCl 溶液实现约 1.3333–1.3505 RIU 的宽范围折射率检测，ΔRIU 覆盖 9×10−4–1.72×10−2，超过两个数量级；30 min 纯水监测相位波动为 2×10−4 rad，5000 s PBS 对照标准差亦为 2×10−4 rad，表明稳定性良好。BSA–anti-BSA 实验中，20 µg ml−1 anti-BSA 产生 1.53 rad 相位变化，对应 LOD 2.2 ng ml−1；2 µg ml−1 产生 0.76 rad，LOD 0.5 ng ml−1，与文献最佳水平相当。实验至少重复两次，作者认为该差分光谱相位 SPR 方案兼具宽动态范围与高灵敏度，适用于实时无标记生物分子相互作用分析。
传感器的构成
- 基底/换能器：BK7 玻璃直角棱镜（BK7 right-angle prism）与镀 48 nm 金膜的玻璃片（glass slide with 48 nm Au），构成 Kretschmann 型 SPR 耦合与传感界面。
- 金属传感层：48 nm 金膜（Au film），作为 SPR 激发金属层并响应界面折射率变化。
- 识别元件：牛血清白蛋白单分子层（BSA monolayer），经 11-巯基十一烷酸（MUA）、EDC/NHS 偶联固定于金表面，用于捕获 anti-BSA。
- 封闭剂：1 M 乙醇胺（ethanolamine），封闭未反应氨基，减少非特异性结合。
- 样品池：定制 Teflon 流室（Teflon flow chamber），接触金膜，样品面积约 10 mm²，用于 PBS 与 anti-BSA 溶液流动。
- 信号标记物：无标记（label-free）anti-BSA 抗体，直接结合 BSA 识别层，不额外引入荧光/酶标记。
- 光学读出：Michelson 干涉仪、Wollaston 棱镜与双通道光谱仪（AvaSpec3648），分离 p/s 偏振并记录光谱干涉条纹。
中文摘要
本文提出一种基于差分光谱干涉的宽动态范围相位敏感表面等离子共振（SPR）生物传感器。传统光谱SPR仅监测反射光谱中的SPR凹陷，而该系统获取经历SPR变换的整个电磁场的光谱相位信息。在固定入射角下，SPR引起的相位变化具有高度波长依赖性，因此通过相位敏感检测可在整个光谱范围内持续保持超高灵敏度，以响应样品折射率变化。系统采用白光LED、Michelson干涉仪、BK7棱镜、48 nm金膜和双通道光谱仪，通过p偏振与s偏振相位互减提取SPR差分相位。实验以不同浓度NaCl溶液校准，折射率范围约1.3333–1.3505 RIU，检出限为2.2×10−7 RIU；在牛血清白蛋白（BSA）抗体-抗原结合实验中，估计检测灵敏度为0.5 ng ml−1。
英文摘要
We introduce a novel wide dynamic range phase-sensitive surface plasmon resonance (SPR) biosensor based on differential spectral interferometry. Superseding conventional spectroscopic approach where only the SPR dip is monitored, our system acquires the spectral phase information of the entire electromagnetic field that undergoes SPR transformation. Since the SPR-induced phase change is highly wavelength specific with fixed incident angle, ultra-high sensitivity achievable through phase-sensitive detection, as reported herein, is maintained continuously across the spectral domain in response to refractive index changes. Our system has demonstrated a detection limit of 2.2×10(-7) in terms of refractive index unit (RIU) using standard single-layer gold surface. In terms of biosensing performance, the estimated detection sensitivity obtained from bovine serum albumin (BSA) antibody-antigen binding experiments is 0.5 ng ml(-1).