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
抗原/蛋白（antigen/protein，血清或缓冲液）、DNA/寡核苷酸（DNA/oligonucleotide，溶液）、适配体靶标（aptamer target，溶液）、重金属离子（heavy metal ions，水样）、细菌（E. coli O157:H7，食品/环境水样）、癌症标志物（PSA/hCG，血清）
检测原理
SPR 生物传感器利用金属-介质界面处表面等离子体共振对局部折射率变化的高度敏感。光经棱镜、光栅或光纤激发 Au/Ag 薄膜上的表面等离子体，当识别元件（抗体、适配体或 DNA 探针）捕获被测物时，界面结合质量增加，导致局部折射率升高，SPR 传播常数改变，表现为共振角、共振波长、反射强度或相位的偏移。直接检测中信号与浓度近似成正比；三明治法引入二级抗体，Au NPs、MNP 或乳胶颗粒作为标签可显著放大折射率变化；LRSP、SPRI、相位检测和 RNA 转录等策略进一步提高灵敏度。LSPR 则通过金属纳米颗粒吸收/散射峰位移实现类似检测。
检测灵敏度
LOD: 10 fM；LOD: 1 ng mL-1；LOD: 0.45 pM；LOD: below 10 cfu mL-1；LOD: 1 fM；LOD: 54 fM；LOD: 16 nM；LOD: 1 pM；LOD: 1 pg mL-1；LOD: 0.95 nM；LOD: 0.5 mM and 2 nM；线性范围: 0.1 mM to 5 mM；灵敏度斜率: 0.08 and 0.027 nm/ppm
效应效果
SPR 为无标记检测，可避免荧光标记定量偏差，并支持动力学与定量分析；光学平台抗电磁干扰，可远程、多路和高通量检测。选择性依赖抗体、适配体或 DNA 探针；PEG、肽 SAM 等抗非特异表面可将非特异蛋白吸附降至 20–40 ng cm-2，低于普通 PEG 约 100 ng cm-2。综述报道蛋白检测限 pM–nM，DNA 低至 54 fM，经 Au NPs/RNA 放大达 1 fM，癌症标志物 ng/mL，细菌 10–10^6 cfu/mL；光纤 SPR 分辨率约 10^-5–10^-6 RIU，LSPR 单颗粒有望达 pM 或数十 fM。作者认为其适用于医疗诊断、食品安全、环境监测和药物筛选，但表面功能化、实际样品检测限和便携化仍需提升。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃棱镜、光纤或波导，承载 Au/Ag 金属薄膜并激发表面等离子体
- 金属换能层：Au 或 Ag 薄膜，形成金属-介质界面并支持 SPR/LSPR 共振
- 激发结构：棱镜、光栅、侧抛光光纤或倾斜光纤布拉格光栅（TFBG），提供动量匹配
- 修饰层：自组装单分子层（SAM）、聚乙二醇（PEG）、肽 SAM、羧甲基葡聚糖（CM-dextran）或水凝胶，用于固定识别元件并降低非特异吸附
- 识别元件：抗体（Ab）、肽、适配体（aptamer）或 DNA 探针，特异性捕获抗原、蛋白、DNA 或小分子
- 信号标记/放大：金纳米颗粒（Au NPs）、磁性纳米颗粒（MNP）、乳胶颗粒或脂质体，增大结合质量与折射率变化
- 封闭剂：牛血清白蛋白（BSA），封闭未结合表面以减少背景
- 读出系统：角度/波长/强度/相位调制光学系统、CCD 相机或光谱仪，检测共振峰偏移
中文摘要
光学表面等离子共振（SPR）生物传感器是目前最先进、发展最成熟的光学无标记生物传感技术之一，可将被测物与生物识别元件结合引起的界面折射率变化转换为光学信号，广泛应用于环境保护、生物技术、医学诊断、药物筛选、食品安全与安保等领域。本文综述了体SPR与局域SPR（LSPR）生物传感技术的近期进展，首先介绍体SPR和局域SPR的基本概念及工作原理，包括棱镜耦合、光栅耦合、波导/光纤激发以及金属纳米颗粒或纳米结构对局域等离子体的激发。随后系统总结生物识别元件（抗体、肽、适配体、DNA探针等）及其固定化策略，直接检测、三明治法和竞争抑制法等测量格式，以及微流控、多通道、SPR成像、相位敏感、光纤和纳米颗粒增强等传感平台。最后比较体SPR与LSPR在灵敏度、分辨率、单分子检测潜力和应用场景中的优劣，并指出表面功能化、非特异吸附、实际样品检测限和便携化仍是主要挑战。
英文摘要
Optical Surface plasmon resonance (SPR) biosensors represent the most advanced and developed optical label-free biosensor technology. Optical SPR biosensors are a powerful detection and analysis tool that has vast applications in environmental protection, biotechnology, medical diagnostics, drug screening, food safety and security. This article reviews the recent development of SPR biosensor techniques, including bulk SPR and localized SPR (LSPR) biosensors, for detecting interactions between an analyte of interest in solution and a biomolecular recognition. The concepts of bulk and localized SPs and the working principles of both sensing techniques are introduced. Major sensing advances on biorecognition elements, measurement formats, and sensing platforms are presented. Finally, the discussions on both biosensor techniques as well as comparison of both SPR sensing techniques are made.