组成图示
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传感器类型
其他（全内反射椭偏生物传感器）
检测对象
互补单链 DNA（complementary ssDNA，Sa19 rev comp ssDNA）、人绒毛膜促性腺激素（hCG）；样品基质为 PBS/杂交缓冲液（非临床实际样品）
检测原理
TIRE 将光经 BK7 棱镜以全内反射方式入射到金膜/有机层/水界面，测量 p 偏振与 s 偏振反射系数比 ρ=Rp/Rs=tanΨ exp(iΔ)。COOH 表面经 EDC 或 EDC/NHS 活化后，ssDNA 或抗体通过酰胺键共价固定；目标 ssDNA 杂交或 hCG 与抗体结合后，界面有机层厚度和折射率发生变化，导致 Ψ/Δ 光谱移动。将光谱拟合到 BK7/金/有机层/水四层椭偏模型，可得到各生物层有效厚度；蛋白质结合量用 De Feitjer 公式 Γ=t(n−nw)/(10 dn/dc) 计算。方法为无标记、无酶放大，信号随结合生物量增加而增强。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
COOH 表面在 PBS 中 120 min 稳定，三组 Ψ/Δ 无偏移。DNA 杂交中，非互补 Sa20 ssDNA 无明显偏移，非特异结合很小；无 EDC 时捕获 0.25±0.12 nm，阳性捕获 2.02±0.16 nm，杂交后 3.49±0.42 nm。hCG 夹心分析中，anti-α-hCG 表面过剩随 2、20、200 μg/mL 增至 0.91±0.04、1.87±0.03、4.37±0.12 mg/m²；hCG 为 0.39±0.02、0.60±0.02、0.84±0.09 mg/m²；anti-β-hCG 为 0.23±0.01、0.41±0.07、0.28±0.06 mg/m²。微孔 4.7 μL，样品 20–30 μL。作者认为 TIRE 适合评估免疫分析、DNA 相互作用、吸附及表面反应性。
传感器的构成
- 基底/换能器：金膜玻璃片（Ti/Au 2 nm/48 nm 或 Cr/Au 2 nm/48 nm），提供全内反射椭偏信号。
- 聚合物基底：Zeonor（ZR）环烯烃聚合物薄膜，旋涂于金膜上，低自荧光、高透光、化学耐受。
- 功能化修饰层：羧基（COOH）薄膜，由 TEOS 与丙烯酸经 PECVD 沉积，提供羧基用于共价固定生物分子。
- 微流控流池：PMMA/PSA 四层微流控流池，含 5 个 4.7 μL 反应微孔，PDMS 接头，用于低体积样品输送与测量。
- 识别元件（DNA）：氨基化 Sa19 ssDNA 捕获探针与互补 Sa19 rev comp ssDNA，用于 DNA 杂交检测。
- 识别元件（免疫）：抗 α-hCG 捕获抗体、hCG 抗原、抗 β-hCG 检测抗体，用于夹心免疫分析。
- 活化剂：EDC 或 EDC/NHS，活化 COOH 表面形成酰胺键固定 ssDNA 或抗体。
- 信号标记物：无标记（label-free），不添加荧光/酶标记物，依靠生物层厚度/折射率变化产生信号。
中文摘要
本文报道一种无标记光学检测技术——全内反射椭偏术（TIRE），用于研究生物分子与功能化聚合物表面之间的相互作用。Zeonor（ZR）是一种环烯烃聚合物，具有低自荧光、高光学透过率和优异化学耐受性，因易于加工而非常适合作为光学生物传感器平台材料，并可通过引入多种反应性化学基团进行表面功能化。本文在羧基功能化 ZR 表面上演示了 TIRE 监测 DNA 杂交分析和人绒毛膜促性腺激素（hCG）夹心免疫分析的应用。各分析物层结合后获得的 Ψ 和 Δ 光谱被拟合到四层椭偏模型，以定量确定特异性结合到功能化 ZR 表面的分析物量。所提出的 TIRE 技术具有极低分析物消耗和微流控阵列格式，可成为评估免疫分析、DNA 相互作用、生物分子在固体表面吸附以及功能化聚合物表面对特定分析物反应性的有用工具。
英文摘要
We report a label-free optical detection technique, called total internal reflection ellipsometry (TIRE), which can be applied to study the interactions between biomolecules and a functionalized polymer surface. Zeonor (ZR), a cycloolefin polymer with low autofluorescence, high optical transmittance and excellent chemical resistance, is a highly suitable material for optical biosensor platforms owing to the ease of fabrication. It can also be modified with a range of reactive chemical groups for surface functionalization. We demonstrate the applications of TIRE in monitoring DNA hybridization assays and human chorionic gonadotrophin sandwich immunoassays on the ZR surface functionalized with carboxyl groups. The Ψ and Δ spectra obtained after the binding of each layer of analyte have been fitted to a four-layer ellipsometric model to quantitatively determine the amount of analytes bound specifically to the functionalized ZR surface. Our proposed TIRE technique with its very low analyte consumption and its microfluidic array format could be a useful tool for evaluating several crucial parameters in immunoassays, DNA interactions, adsorption of biomolecules to solid surfaces, or assessment of the reactivity of a functionalized polymer surface towards a specific analyte.