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
蔗糖（sucrose）水溶液、甘油（glycerin）水溶液、小鼠IgG（mouse IgG，PBS缓冲液）
检测原理
DP-SPRB 采用 Zeeman 分裂 He-Ne 激光产生频率差为 1.67 MHz 的 P/S 线偏振双频光。P 波（TM）在 Au/介质界面激发 SPW，S 波（TE）被金膜全反射作为参考。被测物浓度变化或抗体-抗原结合会改变界面附近有效折射率 Δneff，使反射 P 波产生相位变化。信号与参考经光电探测后进入差分放大器，将相位调制转换为幅度调制；包络检测实时解调幅度，得到差分相位。共路结构抵消环境相位噪声，P/S 强度比抑制激光强度波动，因此信号随结合量或溶质浓度增加而增大，但相位检测动态范围较窄。
检测灵敏度
LOD: 0.00001%（蔗糖水溶液质量分数浓度，δ(Δn)=2.8×10^-9 RIU）；线性范围: 0.00001%–0.001%（动态范围100）；小鼠IgG最低浓度: 10 fg/mL（67 aM）；甘油水溶液: 0.001%（δ(Δn)=7×10^-9 RIU）；理论灵敏度: δ(Δneff)=1.7×10^-11 RIU
效应效果
DP-SPRB 通过共路配置抑制反应腔温度等环境扰动，利用 P/S 波强度比降低激光强度波动影响，并实现散粒噪声极限检测；纯水测试噪声底为 -6.5 dBm，拍频 1.67 MHz 处峰值 -2 dBm。蔗糖 0.00001% 时 S/N=5，甘油 0.001% 时 S/N≈43，小鼠 IgG 10 fg/mL 时 S/N=78。抗小鼠 IgG 经 EDC/NHS 胺偶联固定，乙醇胺灭活可抑制非特异结合，验证了 IgG/anti-IgG 特异性结合。相稳定性为 0.036°/10 min。作者认为其适合极低浓度生物分子相互作用和潜在单分子检测，但动态范围窄，高浓度易饱和。
传感器的构成
- 换能基底：金膜/介质界面（Au/dielectric interface），激发表面等离子体激元（SPW）；实验采用裸金芯片 BR-1005-42（Biacore AB，金厚45 nm）或 CM5 传感器芯片（Biacore AB）
- 光路光源：Zeeman 分裂 He-Ne 激光（ZL，632.8 nm），产生双频配对线偏振 P 波与 S 波（Δω=1.67 MHz）
- 参考光路：S 波（TE）被金属薄膜全反射，作为不依赖 SPW 激发的参考信号
- 反应腔：反应室（RC，体积600 µL），用于注入蔗糖/甘油水溶液或 PBS 缓冲液中的小鼠 IgG
- 识别元件：兔抗小鼠 IgG（rabbit antimouse IgG，40 µg/mL），通过 EDC/NHS 胺偶联法固定在 CM5 芯片表面
- 封闭剂：1 M 乙醇胺盐酸盐（ethanolamine hydrochloride，pH 8.5），灭活多余酯并去除松散结合蛋白
- 信号读出：光电探测器（Dsig/Dref）、差分放大器（DA）、锁相放大器（LIA）、控制器（C）与个人电脑（PC），实现包络检测与差分相位解调
中文摘要
本文提出并开发了一种新型差分相位敏感表面等离子共振生物传感器（DP-SPRB）。该传感器将双频激光与差分放大器集成，利用 P 波在金属/介质界面激发表面等离子体激元（SPW），S 波全反射作为参考，从而把相位调制解析地转换为幅度调制，并通过常规包络检测技术实时解调差分相位。为验证其高检测灵敏度，作者分别测试了低浓度蔗糖水溶液和甘油水溶液，实验结果确认蔗糖溶液质量分数浓度检测灵敏度为 0.00001%。此外，实时监测小鼠 IgG 与抗小鼠 IgG 的相互作用，显示小鼠 IgG 的最低可检测浓度为 10 fg/mL。作者认为，这是表面等离子共振生物传感器迄今测得的最高灵敏度。然而，由于 DP-SPRB 的动态范围有限，它只能应用于极低浓度生物分子相互作用或小分子检测，并可能用于单分子检测。
英文摘要
In this paper, a novel differential-phase-sensitive surface plasmon resonance biosensor (DP-SPRB) is proposed and developed, in which a two-frequency laser is integrated with a differential amplifier in order to analytically convert the phase modulation into amplitude modulation. With the use of the conventional envelope detection technique, the differential phase is precisely decoded in real time in terms of the demodulated amplitude. In order to verify high detection sensitivity of the DP-SPRB, a sucrose-water solution and glycerin-water solution at low concentrations were both tested, and the experimental results confirm that the detection sensitivity on wt % concentration of the sucrose solution is 0.00001%. Moreover, the real-time monitoring mouse IgG/antimouse IgG interaction shows the minimum concentration of mouse IgG to be at 10 fg/mL. To our knowledge, this is the highest sensitivity ever measured by a surface plasmon resonance biosensor. However, because of the limited dynamic range of DP-SPRB, it can only apply to biomolecule interactions at extremely low concentration.