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
微小核糖核酸 miR-122（miRNA, microRNA）；样品基质：缓冲液（合成 miR-122）、小鼠肝脏组织总 RNA（含 miRNA）
检测原理
该传感器以 SPRCD 衍射光栅芯片上的金层为换能界面。光经 SPRCD 耦合至金表面并激发表面等离子体，共振条件取决于界面折射率。巯基化 DNA 探针 P122 固定于金表面，样品中的 miR-122 与探针杂交形成 DNA-RNA 双链，使表面质量与折射率增加，引起共振波长或角度变化。随后 S9.6 抗体特异性识别并结合 DNA-RNA 杂交双链，进一步增加界面折射率，实现信号放大。参考通道固定 R1 探针，用于扣除缓冲液折射率变化和非特异吸附。TrisMg 中的 Mg2+ 可稳定 DNA-RNA 双链并促进抗体结合。抗体结合后的平衡响应与 miRNA 浓度相关，从而实现对 miR-122 的无标记、无扩增定量检测。
检测灵敏度
LOD: 100 pM（直接检测）、2 pM（抗体增强检测）；绝对量: <900 attomoles（样品体积约440 µL）
效应效果
该传感器对非靶 miR-192 及参考通道均无可忽略响应，S9.6 抗体对未杂交表面的非特异吸附也可忽略，表明识别与信号放大均具有良好选择性。在 TrisMg 缓冲液中抗体结合最强，PBS 中响应较低，TrisNa 中抗体活性明显下降。芯片经 2 mM NaOH 2 min 与 2 mM HCl 2 min 再生后，DNA 探针活性至少保持 5 个检测/再生循环。实际小鼠肝脏总 RNA 样品中，SPR 测得 miR-122 浓度为 1.30 nM（对乙酰氨基酚处理组）和 0.76 nM（对照组），qPCR 分别为 1.46 nM 和 1.05 nM，结果高度一致。方法无需标记和扩增，检测时间少于 30 min，绝对检测量低于 900 attomoles，作者认为其可作为 qPCR、Northern blot 和微阵列的简便、低成本、现场检测替代方案。
传感器的构成
- 基底/换能器：SPRCD 衍射光栅芯片（surface plasmon coupler and disperser），集成光耦合与光谱分散功能，用于激发和读出表面等离子体共振。
- 换能表面：金层（Au），位于 SPRCD 芯片表面，提供表面等离子体共振界面并用于巯基化 DNA 探针固定。
- 识别元件：巯基化 DNA 捕获探针 P122（SH-5′-d(CAA ACA CCA TTG TCA CAC TCC A)-3′），通过 Au-S 键固定，特异性捕获 miR-122。
- 参考元件：参考 DNA 探针 R1（5′-d(TGC GTG TTT GAT TAT T)-3′-HS），用于参考通道扣除折射率变化与非特异吸附。
- 封闭剂：1 µM 阻断烷硫醇 HS-C11-(EG)4-OH，封闭金表面剩余位点，降低非特异结合。
- 信号放大元件：S9.6 小鼠单克隆抗体（识别 DNA-RNA 杂交双链），结合 miR-122-DNA 杂交体，增强 SPR 响应。
- 运行缓冲液：TrisMg（10 mM Tris-HCl、15 mM MgCl2、pH 7.4），稳定 DNA-RNA 双链并促进抗体结合。
- 读出系统：便携式 SPRCD 光谱仪与位置敏感探测器，记录共振波长/折射率变化并实现参考通道扣除。
中文摘要
微小核糖核酸（miRNA）与多种调控功能及疾病（如癌症和心脏病）相关，是未来医学诊断的重要检测对象。本文报道了一种基于表面等离子共振（SPR）传感技术和 DNA-RNA 抗体检测体系的快速、灵敏 miRNA 检测与定量方法。该方法采用一种新型高性能便携式 SPR 传感器，其基于表面等离子体耦合与分散器（SPRCD）衍射光栅进行表面等离子体光谱检测。光栅表面固定巯基化 DNA 寡核苷酸探针，可从液体样品中特异性捕获 miRNA，无需扩增。随后引入识别 DNA-RNA 杂交双链的抗体，使其结合 DNA-RNA 复合物，从而增强对捕获 miRNA 的传感器响应。该方法可在 30 min 内检测低至 2 pM 的 miRNA，绝对检测量达高阿托摩尔水平。作者以小鼠肝脏组织中的 miRNA 为样品进行评价，结果与定量聚合酶链反应（qPCR）高度一致。
英文摘要
Microribonucleic acids (miRNAs) have been linked with various regulatory functions and disorders, such as cancers and heart diseases. They, therefore, present an important target for detection technologies for future medical diagnostics. We report here a novel method for rapid and sensitive miRNA detection and quantitation using surface plasmon resonance (SPR) sensor technology and a DNA*RNA antibody-based assay. The approach takes advantage of a novel high-performance portable SPR sensor instrument for spectroscopy of surface plasmons based on a special diffraction grating called a surface plasmon coupler and disperser (SPRCD). The surface of the grating is functionalized with thiolated DNA oligonucleotides which specifically capture miRNA from a liquid sample without amplification. Subsequently, an antibody that recognizes DNA*RNA hybrids is introduced to bind to the DNA*RNA complex and enhance sensor response to the captured miRNA. This approach allows detection of miRNA in less than 30 min at concentrations down to 2 pM with an absolute amount at high attomoles. The methodology is evaluated for analysis of miRNA from mouse liver tissues and is found to yield results which agree well with those provided by the quantitative polymerase chain reaction (qPCR).