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
链霉亲和素（streptavidin，SA），水溶液样品
检测原理
该传感器基于光纤尖端金纳米点阵列的局域表面等离子共振（LSPR）效应。入射光激发金纳米点阵列产生强近场电磁增强，其共振波长对周围介质局部折射率变化敏感。金表面通过生物素化聚乙二醇烷硫醇自组装形成生物素识别层，链霉亲和素与生物素特异性结合后，在纳米点近场引入生物分子层，使局部折射率升高，LSPR消光峰向长波方向红移。透射光谱中LSPR峰位移随链霉亲和素浓度增加而增大，浓度高于10^-8 M后结合饱和，位移不再明显增加。该过程无需荧光或电化学标记，直接通过光学透射信号实现无标记亲和检测。
检测灵敏度
LOD: 6 pM；灵敏度: 196 nm/RIU；测试浓度范围: 10^-13 M–10^-6 M；饱和: >10^-8 M
效应效果
实验显示该光纤LSPR传感器对溶剂折射率变化响应可逆，丙酮、异丙醇、甲醇等溶剂重复性超过10次；器件可耐受piranha溶液清洗并重复使用5次以上，说明直接溅射金层粘附牢固、化学稳定性较好。链霉亲和素检测中，三次独立测量给出标准差误差棒，LOD为6 pM，浓度高于10^-8 M后信号饱和。折射率灵敏度196 nm/RIU，与平面金纳米点阵列约200 nm/RIU相当。作者认为该器件结构紧凑、无标记、可耐受恶劣环境，适合化学和生物分析物的高灵敏检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：Corning SMF-28单模石英光纤，芯径9 μm、包层125 μm，端面切割后作为光传输与传感窗口
- 粘附层：2 nm铬（Cr）真空溅射层，增强金膜与光纤端面粘附
- 金属纳米结构层：55 nm金（Au）膜经EBL和RIE刻蚀形成周期400 nm、直径185 nm、高55 nm金纳米点阵列，产生LSPR
- 识别元件：生物素化聚乙二醇烷硫醇（biotinylated PEG alkane thiol，1 mM无水乙醇，24 h），通过硫醇-Au共价键自组装，提供生物素识别位点
- 信号标记物：无外源标记；链霉亲和素（streptavidin）结合后改变纳米点近场折射率，引起LSPR波长红移
- 光学读出系统：卤素灯光源、10X显微物镜、光纤准直器、多模光纤和USB-2000光谱仪，采集透射光谱并读取LSPR峰位移
中文摘要
本文采用电子束光刻（EBL）直接在标准光纤尖端图案化周期性金纳米点阵列，并利用该阵列的局域表面等离子共振（LSPR）效应进行生化传感。基于光纤的LSPR传感器具有使用方便、结构紧凑、可在恶劣环境中工作的优点。作者演示了一种光纤尖端LSPR折射率传感器，其灵敏度为196 nm/RIU。以生物素/链霉亲和素作为受体/分析物模型，验证了该光纤尖端传感器的亲和传感性能，链霉亲和素的检出限为6 pM。由于金层直接溅射在光纤端面上，粘附牢固，器件可耐受piranha溶液清洗并重复使用，适合作为化学与生物分析物的高灵敏无标记光学探针。
英文摘要
Electron beam lithography (EBL) was used to directly pattern periodic gold nanodot arrays on optical fiber tips. Localized surface plasmon resonance of the E-beam patterned gold nanodot arrays on optical fiber tips was utilized for biochemical sensing. The advantage of the optical fiber based localized surface plasmon resonance (LSPR) sensors is the convenience to work with and work in harsh environments. An optical fiber tip LSPR refractive index sensor of 196 nm per refractive index unit (RIU) sensitivity has been demonstrated. The affinity sensing property of the fiber tip sensor was demonstrated using biotin/streptavidin as the receptor/analyte. The detection limit for streptavidin was determined to be 6 pM.