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 O157:H7（E. coli O157:H7）；样品基质为 PBST（含 0.05% Tween 20）加标溶液
检测原理
传感器采用夹心免疫分析。金膜表面经混合硫醇自组装单分子层和 EDC/NHS 化学固定抗 E. coli O157:H7 捕获抗体 c-IgG。样品中的 E. coli O157:H7 被 c-IgG 捕获后，加入 Alexa Fluor 647 标记的检测抗体 d-IgG，形成 c-IgG–细菌–d-IgG 复合物。633 nm 激光以 Kretschmann 配置激发玻璃–Cytop–金膜结构中的长程表面等离子体（LRSP），其微米级倏逝场可覆盖整个细菌体积并显著增强局部电磁场。被增强的场激发 d-IgG 上的 Alexa Fluor 647，发射 670 nm 荧光。荧光峰强度随捕获细菌数量增加而增大，因此可定量反映菌浓度。
检测灵敏度
LOD: below 10 cfu mL^-1（3σ(F) = 314 cps）；线性范围: 10^1–10^6 cfu mL^-1；R^2 = 0.993
效应效果
该传感器对非致病但高度相关的大肠杆菌 K12 无响应，显示高特异性。检测时间约 40 min，显著短于培养、PCR 和 ELISA 等常规方法所需的数小时至数天。LOD 低于 10 cfu/mL，满足英国食品与乳制品咨询委员会（ACFDP）对食品控制样品分析的要求。与常规 SPR 生物传感器相比，LOD 降低约 3–4 个数量级。校准曲线由三次重复测量平均得到，误差棒反映芯片间差异和孵育时间误差，但未报告 RSD 或实际样品回收率。作者认为该平台可用于食品、饮用水和疾病控制中细菌病原体的快速、超灵敏检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃载片（glass slide）与棱镜光学耦合，承载薄膜并支持 Kretschmann ATR 激发
- 介质层：Cytop 层（887 nm），与金膜共同构成长程表面等离子体（LRSP）结构
- 金属换能层：金膜（Au，15.2 nm），支持 LRSP 倏逝场增强
- 自组装修饰层：PEG-thiol 与 COOH-thiol 混合硫醇 SAM，提供封闭与羧基官能化
- 识别元件：抗 E. coli O157:H7 捕获多克隆抗体 c-IgG，经 EDC/NHS 偶联固定，表面密度 2.4±0.7 ng/mm2
- 信号标记物：Alexa Fluor 647 标记的检测多克隆抗体 d-IgG，与捕获菌结合后提供 670 nm 荧光
- 样品流路：5 μL 流池，PBST（含 0.05% Tween 20）以 0.3 mL/min 循环
- 读出系统：633 nm 激光角分辨 ATR 光谱，测量反射光谱与 670 nm 荧光强度
中文摘要
本文报道一种基于长程表面等离子体增强荧光光谱（LRSP-FS）的细菌病原体检测生物传感器平台。通过共振激发长程表面等离子体（LRSP）模式，可在传感器表面产生显著增强的电磁场，从而将目标分析物捕获后的荧光信号强度直接放大。LRSP 由嵌入折射率相近介质中的薄金属膜中表面等离子体耦合形成。与常规表面等离子体增强荧光光谱相比，LRSP 激发可提供更大的倏逝场强度增强和微米级探测深度，与目标细菌病原体尺寸相当。作者采用夹心免疫分析演示了该传感器平台对大肠杆菌 O157:H7 的检测能力，实现低于 10 cfu/mL 的检出限和 40 min 的检测时间。
英文摘要
A new biosensor platform for the detection of bacterial pathogens based on long-range surface plasmon-enhanced fluorescence spectroscopy (LRSP-FS) is presented. The resonant excitation of LRSP modes provides an enhanced intensity of the electromagnetic field, which is directly translated to an increased strength of fluorescence signal measured upon the capture of target analyte at the sensor surface. LRSPs originate from a coupling of surface plasmons across a thin metallic film embedded in dielectrics with similar refractive indices. With respect to regular surface plasmon-enhanced fluorescence spectroscopy, the excitation of LRSPs offers the advantage of a larger enhancement of the evanescent field intensity and a micrometer probing depth that is comparable to the size of target bacterial pathogens. The potential of the developed sensor platform is demonstrated in an experiment in which the detection of E. coli O157:H7 was carried out using sandwich immunoassays. The limit of detection below 10 cfu mL(-1) and detection time of 40 min were achieved.