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 BSA 抗体（anti-BSA）；样品基质：PBS 缓冲液（pH 7.4）
检测原理
玻璃基底经 APTES 硅烷化后固定平均直径 45 nm 的 AuNPs，AuNPs 在约 540 nm 处产生 LSPR 吸收谷。变角光谱椭偏仪在 BK7 棱镜全内反射条件下测量 p 偏振与 s 偏振反射复振幅比的幅度 Ψ 和相位 Δ。当周围介质折射率改变时，AuNPs 局部电磁场和 LSPR 条件发生变化，使 Δ 在 575 nm 附近出现最大斜率响应。BSA 物理吸附于 AuNPs 表面形成蛋白层，增加界面局部折射率；anti-BSA 与 BSA 结合后进一步改变界面厚度和折射率，引起 Δ 相位增量。通过甘油-水混合液校准 bulk sensitivity，并将相位变化转换为浓度，实现无标记检测；未使用酶催化、HCR、RCA 或 CRISPR-Cas 等化学放大。
检测灵敏度
LOD: ∼18 pM；灵敏度斜率: 612 ± 22°/RIU；RI 分辨率: 1.63 × 10⁻⁶ RIU
效应效果
该传感器以 BSA/anti-BSA 相互作用为模型，验证无标记、非破坏和实时动力学检测能力。100 nM anti-BSA 注入后，575 nm 处相位 Δ 绝对值增加 5.691°；在相位精度约 0.001° 下，检测限约 18 pM。甘油-水混合液校准得最高灵敏度 612±22°/RIU，相位折射率分辨率 1.63×10⁻⁶ RIU，作者称可与高精度商业 SPR 或干涉式 SPR 相当。文中给出三个样品不同区域的重现性误差棒，但未报告 RSD、抗干扰、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的定量对比。作者认为平台无需昂贵电子束光刻，可发展为无标记光学检测技术。
传感器的构成
- 基底/换能器：Gold Seal 玻璃基底，经 piranha 溶液、丙酮和异丙醇清洗，承载 AuNPs 并与 BK7 棱镜光学接触
- 表面功能化层：3-aminopropyltriethoxysilane（APTES）硅烷化层，在玻璃表面提供氨基官能团以固定 AuNPs
- 纳米材料修饰层：平均直径 45 nm 的金纳米粒子（AuNPs），由氯金酸（HAuCl4）经柠檬酸钠还原制备，提供 LSPR 增强椭偏换能信号
- 识别元件：牛血清白蛋白（BSA）物理吸附于 AuNPs 表面形成捕获层，用于结合抗 BSA 抗体（anti-BSA）
- 样品流动池：微流控流动池（acrylic plastic 夹在两片显微镜玻璃片之间，带进出口阀），用于 PBS、BSA 和 anti-BSA 溶液流动与洗涤
中文摘要
本文提出一种基于金纳米粒子（AuNPs）增强椭偏仪相位信息的无标记、非破坏性高灵敏生物传感器。该传感器利用 AuNPs 的局域表面等离子共振（LSPR）效应增强反射光的椭偏参数 Ψ 和 Δ，其中相位 Δ 对周围介质折射率变化更为敏感。实验采用变角光谱椭偏仪（VASE）、BK7 棱镜和自制微流控流动池，在 400–1000 nm 光谱范围内测量甘油-水混合液不同折射率下的光谱与动态响应。结果显示，基于相位信号的折射率分辨率约为 1.6×10⁻⁶ RIU，最高灵敏度为 612±22°/RIU。进一步以牛血清白蛋白（BSA）与抗 BSA 抗体（anti-BSA）相互作用为模型，证明生物分子在 AuNPs 表面吸附和结合会引起相位信号显著变化，目标生物分子检测限约为 18 pM。该平台无需昂贵纳米加工，有望用于无标记光学检测和癌细胞诊断。
英文摘要
We present a label-free, nondestructive and high sensitivity biosensor by using the phase information of a gold nanoparticles enhanced ellipsometry signal. The refractive index (RI) resolution from ellipsometric phase information is of the order of 1.6×10(-6) RI units. Furthermore, spectroscopic and dynamic measurements show substantial change in the phase signal when biomolecules are coated on gold nanoparticles. The detection limit of our proposed technique is up to ∼18 pM concentration of the target biomolecules.