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
模型分析物分子（analyte，小分子约5 kDa或中分子约50 kDa）；样品基质：微流控流动池中的液相溶液
检测原理
在流动式SPR生物传感器中，分析物分子随微流控液流输运至传感表面，并与固定在其上的生物识别元件发生特异性结合。结合事件改变传感表面附近的局部折射率或等离子体共振条件，从而产生SPR光学信号。PSP构型将分布在较大传感表面上的大量结合事件积分，响应随分析物浓度和表面覆盖度增加而增强；LSP构型仅由单个纳米等离子体换能单元记录单个结合事件，信号为离散事件。由于低浓度下分析物向纳米识别区域的扩散/对流通量有限，单事件结合概率受分析物尺寸、扩散系数、结合速率ka、解离速率kd及识别元件数量强烈影响。PSP通过空间积分实现统计放大，LSP缺乏放大机制，因此相同浓度下PSP检测概率更高。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数；报告LOQPSP（10 min检测时间，Table 1）：小分析物 4.2 nM、0.05 nM、0.26 nM、25.7 nM、0.013 nM、0.26 nM、2560 nM；中分析物 0.42 nM、0.009 nM、0.027 nM、2.5 nM、0.006 nM、0.025 nM、251 nM。
效应效果
该文为数值模拟研究，未报告选择性、抗干扰、稳定性、重现性、实际样品回收率或与ELISA/HPLC/qPCR的实验对比。模拟设定PSP传感器在10 min内达到99.73%检测概率（假阴性<0.3%），其LOQ对应表面覆盖1 pg mm−2。对SPR常用相互作用，LSP单事件传感器在10 min内阳性概率通常低于15%（小分析物）和2%（中分析物）。要使LSP达到99.73%概率，需要NBE0.9973约8–2363个识别元件，小分析物多为几十至几百，中分析物可高一个数量级。作者主张流动格式下LSP纳米生物传感器受低分析物通量限制，性能劣于PSP，需多纳米颗粒或更长检测时间；结论可推广至其他单事件亲和传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器：微流控流动池中的传播表面等离子体（PSP）传感表面，用于积分大量结合事件（具体材料未说明）
- LSP换能单元：局域表面等离子体（LSP）纳米等离子体换能单元/纳米颗粒，用于检测单个结合事件（具体材料未说明）
- 识别元件固定：生物识别元件固定于传感表面或纳米颗粒表面（具体固定材料未说明）
- 识别元件：生物识别元件（biorecognition elements，如抗体、适配体或DNA探针，具体未说明）
- 信号读出：SPR光学响应读出，LSP单事件信号或PSP积分响应（具体仪器未说明）
中文摘要
本文探讨基于检测单个分子结合事件的生物分析方法的性能极限，以流动式表面等离子共振（SPR）生物传感器为案例，比较基于局域表面等离子体（LSP）检测单个结合事件与基于传播表面等离子体（PSP）积分大量同时结合事件两种构型。研究通过微流控流动池中分析物输运与表面识别元件结合的动力学/扩散方程模拟，考察分析物大小及结合/解离速率对检测概率的影响。结果表明，对生物传感中最常见的DNA杂交、抗原抗体、适配体-配体等相互作用，在10 min检测时间内，LSP单事件传感器获得阳性响应的概率通常低于15%（小分析物）和2%（中分析物），显著低于PSP传感器99.73%的检测概率；要使LSP传感器达到PSP水平，需要约10至10^3个生物识别元件，具体取决于分析物尺寸和相互作用参数。结论认为流动格式下，单纳米颗粒LSP生物传感器受限于低分析物通量和低结合概率，分析性能总体劣于积分式PSP传感器。
英文摘要
We explore the ultimate limits of the performance of bioanalytical approaches based on the detection of individual molecular binding events taking place at the sensor surface interfaced with a microfluidic flow-through cell. As a case study, we investigate and compare the bioanalytical performance of flow-through surface plasmon resonance (SPR) sensors based on (1) localized surface plasmons (LSP) which detect a single binding event and (2) propagating surface plasmons (PSP) which integrate a great number of simultaneously occurring binding events. We demonstrate that for the biomolecular interactions most relevant to biosensing the single-binding-event LSP approach is inferior to the integrating PSP approach. We estimate that the number of biorecognition elements available to interact with the analyte molecules would need to be, depending on the size of the analyte and parameters of the molecular interaction, in the order of 10 to 10(3) to increase the probability of the positive response of the LSP-based sensor to that of the PSP-based sensor.