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
山羊免疫球蛋白G（goat IgG），样品基质为 PBS 缓冲液（含 IgG 的 PBS 溶液）
检测原理
该传感器基于波长调制 SPR 的夹心免疫检测。金膜表面固定山羊 IgG 捕获抗体，样品中的山羊 IgG 被捕获后，与 GNRs 偶联的兔抗山羊 IgG 结合，使 GNRs 靠近金膜。GNRs 的纵向局域表面等离子体共振（LSPR）与金膜表面等离子体共振发生电磁耦合，当二者波长匹配时，棒-膜间隙电场显著增强，界面折射率变化被放大，导致共振波长位移增大。目标浓度越高，结合到表面的 GNR-抗体复合物越多，耦合增强越强，波长位移越大。该策略无需酶催化或核酸放大，仅依靠纳米棒长径比调控 LSPR 峰实现灵敏度提升。
检测灵敏度
灵敏度增强: 25–100 times more sensitive than the SPR biosensor without GNRs
效应效果
作者系统比较了纵向 LSPR 峰位于 630、650、690 和 734 nm 的 GNRs，发现当 GNR 纵向 LSPR 峰与 SPR 共振波长 632 nm 匹配（NR-630）时增强最大，整体灵敏度较无 GNR 的 SPR 传感器提高 25–100 倍。每组实验重复三次，误差主要来源于 GNR 随机取向、生物偶联覆盖不均以及 GNR 与金膜距离变化。有限元模拟显示，金膜倏逝场可共振激发 GNR 纵向模式，并在棒-膜间隙形成强场增强。作者认为通过设计 LSPR 匹配的纳米棒-抗体偶联物，可显著提高 SPR 对低浓度生物分子的检测能力。
传感器的构成
- 基底/换能器：金膜 SPR 传感芯片（Au sensing film/sensor chip），支持表面等离子体激发与波长调制读出
- 识别元件（捕获层）：山羊 IgG 抗体（goat IgG antibody）固定于金膜表面，用于捕获目标山羊 IgG
- 纳米材料修饰层/信号放大标签：金纳米棒（GNRs），种子介导法制备，纵向局域表面等离子体共振（LSPR）峰可调，与金膜 SPR 耦合放大信号
- 表面活化层：聚丙烯酸（PAA）弱聚电解质吸附于 GNR 表面，提供羧基（-COOH）用于抗体偶联
- 偶联试剂：EDC/NHS 活化 PAA 羧基形成活性酯，与兔抗山羊 IgG 氨基形成酰胺键
- 识别元件（检测抗体）：兔抗山羊 IgG（rabbit anti-goat IgG）偶联于 GNR，识别目标山羊 IgG
- 信号读出：波长调制 SPR 系统（LED、偏振器、棱镜、光谱仪、PC），监测共振波长位移
中文摘要
本文报道了一种利用金纳米棒（GNRs）提高波长调制表面等离子共振（SPR）生物传感器灵敏度的方法。作者采用种子介导法合成不同长径比的 GNRs，并通过聚丙烯酸（PAA）弱聚电解质吸附实现表面活化，使 GNRs 表面暴露羧基，再经 EDC/NHS 活化与兔抗山羊 IgG 偶联，形成纳米棒-抗体复合物。传感芯片金膜表面固定山羊 IgG 抗体，用于捕获样品中的山羊 IgG；当 GNRs 偶联的兔抗山羊 IgG 与目标山羊 IgG 结合后，GNRs 靠近金膜，其纵向局域表面等离子体共振（LSPR）与金膜 SPR 发生电磁耦合，从而放大界面折射率变化并引起共振波长位移。实验表明，与未使用 GNRs 的 SPR 传感器相比，纳米棒偶联抗体可使检测灵敏度提高 25–100 倍；当 GNRs 纵向 LSPR 峰波长与 SPR 共振波长匹配时增强效果最大。该策略为高灵敏度 SPR 生物传感提供了有效途径。
英文摘要
In this report, gold nanorods (GNRs) were used to enhance the sensitivity of the wavelength-modulated surface plasmon resonance (SPR) biosensor. The GNRs were designed and fabricated through seed-medicated growth and surface activation by a layer of a weak polyelectrolyte, poly(acrylic acid) for the attaching antibody. Rabbit anti-goat IgG was immobilized on GNRs, and sandwich assays were carried out to detect goat IgG using a wavelength-modulated SPR biosensor. The detection sensitivity of the nanorod-conjugated antibody is 25-100 times more sensitive than the SPR biosensor without GNRs. Drastic sensitivity enhancement, owing to the electromagnetic interaction between the nanotag and the sensing film, was maximized using the longitudinal plasmonic resonance of the GNRs. GNRs could significantly enhance the sensitivity of the SPR biosensor, and the maximum enhancement effect can be achieved when the longitudinal SPR peak wavelength of GNRs functionally matches the surface plasmon wavelength.