组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
蛋白-配体相互作用（protein-ligand interactions）、蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interactions）、核酸杂交（nucleic acid hybridization）、小分子/毒素（small molecules/toxins）、活细胞黏附（live cell adhesion）；样品基质：缓冲液/溶液、食品、环境水样、细胞培养体系。
检测原理
这些光学生物传感器均为无标记实时检测。目标物与固定在传感表面的识别分子结合后，吸附层质量、厚度或组成改变，使界面有效折射率发生变化。SPR 中，入射光在棱镜-金属界面激发表面等离子极化激元，共振角随折射率移动；RM 中，高折射率介质波导的共振角发生移动；RWG 中，光栅波导的反射或透射波长发生移动；DPI 中，TM 与 TE 双偏振干涉条纹相位移动，可进一步计算厚度、密度和摩尔表面覆盖。信号随结合量增加而增大，解离时返回基线，从而获得结合/解离速率和平衡常数。通常不依赖酶催化或核酸放大，放大主要依靠表面功能化、成像、微流控和多通道提高信噪比与通量。
检测灵敏度
SPR 成像传感器可检测低至 500 ng/mL。
效应效果
作者强调这些光学生物传感器无需标记，可实时监测结合与解离并计算速率和平衡常数。SPR 应用最广，微流控芯片可并行 264 个微腔、体积低至 700 pL；SPR 成像可筛查 10^8 个样品并检测低至 500 ng/mL。RM 共振峰更尖锐，比色皿结构节省样品并减少传质效应。RWG 提供 96、384、1536 孔板高通量，可监测活细胞黏附，但倏逝波穿透约 100 nm 限制大细胞观测。DPI 同时测量 TM/TE，可计算厚度、密度与摩尔表面覆盖，适用于蛋白结构、膜模拟和结晶早期；与质谱联用可补充结构信息。
传感器的构成
- 基底/换能器：棱镜或波导基底（prism/waveguide substrate），用于激发倏逝场或导模。
- 金属/谐振层：金或银薄膜（Au/Ag）用于 SPR；高低折射率介质层用于 RM、RWG 和 DPI。
- 参考/传感层：DPI 中参考层与传感层由包层（cladding）分隔，用于双偏振干涉。
- 表面功能化层：NHS、maleimide/thiol、PEG、biotin/streptavidin、Ni-NTA 等，用于固定识别分子并降低非特异结合。
- 识别元件：抗体、抗原、蛋白、DNA 探针、糖链或脂质双分子层，用于特异性捕获目标物。
- 信号读出：角度/波长/相位检测器（CCD/detector），记录共振角、反射/透射波长或干涉条纹变化。
中文摘要
生物传感器已被广泛用于测定结合与解离动力学，以及蛋白-配体、蛋白-蛋白或核酸杂交等相互作用。现有多种生物传感器，各自具有实际或被认为的优势。本文综述了四种已商品化光学生物传感器的基本理论与工作构型：表面等离子共振（SPR）、共振镜（RM）、共振波导光栅（RWG）和双偏振干涉（DPI）。文章结合近年已发表文献中的实验与结果，讨论了这些技术可提供的不同应用，并介绍了当前技术的新进展或改进。SPR 基于金属表面等离子极化激元共振角随界面折射率变化而移动；RM 利用高折射率介质波导产生更尖锐共振；RWG 通过亚波长光栅波导监测反射或透射波长变化；DPI 利用双偏振干涉同时获得吸附层厚度与折射率信息。这些无标记、实时方法可用于药物发现、食品安全、生物恐怖剂检测、蛋白质组学及活细胞研究。
英文摘要
Biosensors have been used extensively in the scientific community for several purposes, most notably to determine association and dissociation kinetics, protein-ligand, protein-protein, or nucleic acid hybridization interactions. A number of different types of biosensors are available in the field, each with real or perceived benefits over the others. This review discusses the basic theory and operational arrangements of four commercially available types of optical biosensors: surface plasmon resonance, resonant mirror, resonance waveguide grating, and dual polarization interferometry. The different applications these techniques offer are discussed from experiments and results reported in recently published literature. Additionally, recent advancements or modifications to the current techniques are also discussed.