组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
C反应蛋白（C-reactive protein, CRP）抗原；样品基质：Tris-HCl 缓冲液（pH 7.4）中的 CRP 抗原溶液（论文亦指出 CRP 为血清炎症标志物）
检测原理
该传感器以两步阳极氧化制备的周期纳米孔 Al2O3/AAO 为基底，表面沉积 Ni/Au 后形成纳米孔 Au 结构。Au 层可激发局域表面等离子共振（LSPR），AAO 纳米孔膜在垂直白光照射下产生 Fabry-Perot 干涉。CRP 抗体通过 SAM 和 EDC/NHS 化学偶联固定在 Au 表面。当 CRP 抗原与抗体结合后，传感膜界面质量增加，导致局部折射率和有效光学厚度 nL 改变。LSPR 对界面折射率变化敏感，干涉条纹对膜厚/折射率变化敏感，二者共同使反射光谱峰位 λmax 发生偏移且强度变化。抗原浓度越高，结合量越大，波长偏移越大；超过抗体饱和浓度后信号不再显著变化。该过程无需化学标记，可实时监测。
检测灵敏度
LOD: 1 fg/ml；动态范围: 1 fg/ml–100 µg/ml
效应效果
该传感器对 CRP 抗原表现出高选择性：注入 10 µg/ml Troponin T 抗原时反射光谱无明显变化，而 10 µg/ml CRP 抗原可产生明显光谱偏移。重复测量 10 次，误差条显示不同浓度下误差范围不同，但各浓度波长偏移仍可区分。检测限为 1 fg/ml，可定量覆盖 1 fg/ml 至 100 µg/ml，超过 100 µg/ml 后反射光谱不再显著变化，表明表面抗体饱和。作者指出该方法无需化学标记和干燥步骤，可实时监测抗原-抗体反应，比传统 SPR 系统更简单、便携，并可用于 DNA 杂交和 DNA-蛋白相互作用检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：铝片（Al foil, 99.999% Al）经两步阳极氧化形成纳米孔 Al2O3/AAO 模板，提供周期纳米孔晶格与光学干涉响应
- 粘附界面层：5 nm Ni 层，电子束蒸发沉积，作为粘附层保证 Au 层均匀形貌并增强等离子体响应
- 等离子体/识别支撑层：15 nm Au 层，沉积于 AAO 上形成纳米孔 Au 结构，诱导 LSPR 并支撑抗体固定
- 自组装单分子层：11-巯基-1-十一醇（11-mercapto-1-undecanol, 20 mM）在 Au 表面形成 SAM，提供羧基用于活化
- 活化剂：NHS（50 mM）与 EDC（50 mM）活化 SAM 羧基，实现 CRP 抗体氨基偶联固定
- 识别元件：CRP 抗体（CRP Ab），特异性识别 CRP 抗原
- 清洗/缓冲介质：Tris-HCl 缓冲液（pH 7.4），清洗未结合抗体/抗原并避免磷酸损坏 Al2O3
- 信号标记物：无标记（label-free），CRP 抗原结合直接改变传感膜折射率与有效光学厚度
中文摘要
本文提出一种基于纳米结构阳极氧化铝（AAO）基底的高灵敏生物传感器设计。在 AAO 基底上沉积金后，器件同时具有光学干涉和局域表面等离子共振（LSPR）特性，利用这两种不同光学性质可克服类似生物传感器灵敏度、选择性和动态范围有限的问题。作者通过两步阳极氧化制备均匀周期性纳米孔晶格 AAO 模板，并通过向模板中加入生物分子后光学响应的变化评估其生物传感适用性。为验证结构适用性，在 AAO 模板上的金涂层表面固定 C 反应蛋白（CRP）抗体层，随后加入 CRP 抗原。反射率偏移被解释为传感膜厚度引起折射率变化所致。结果表明，所提出的 AAO 生物传感器对 CRP 抗原检测具有高选择性，可测量 1 fg/ml 的 CRP 抗原浓度变化。该方法可为蛋白质实时检测提供简单、快速且灵敏的分析手段。
英文摘要
We propose a design for a highly sensitive biosensor based on nanostructured anodized aluminum oxide (AAO) substrates. A gold-deposited AAO substrate exhibits both optical interference and localized surface plasmon resonance (LSPR). In our sensor, application of these disparate optical properties overcomes problems of limited sensitivity, selectivity, and dynamic range seen in similar biosensors. We fabricated uniform periodic nanopore lattice AAO templates by two-step anodizing and assessed their suitability for application in biosensors by characterizing the change in optical response on addition of biomolecules to the AAO template. To determine the suitability of such structures for biosensing applications, we immobilized a layer of C-reactive protein (CRP) antibody on a gold coating atop an AAO template. We then applied a CRP antigen (Ag) atop the immobilized antibody (Ab) layer. The shift in reflectance is interpreted as being caused by the change in refractive index with membrane thickness. Our results confirm that our proposed AAO-based biosensor is highly selective toward detection of CRP antigen, and can measure a change in CRP antigen concentration of 1 fg/ml. This method can provide a simple, fast, and sensitive analysis for protein detection in real-time.