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
人免疫球蛋白E（human IgE，血清）、C反应蛋白（CRP，血清）、HIV-1 Tat蛋白（HIV-1 Tat，溶液）、凝血酶（thrombin，溶液）、血管内皮生长因子（VEGF，血清/肿瘤相关样品）、视黄醇结合蛋白4（RBP4，血清）、腺苷（adenosine，溶液）、DNA/RNA（基因组DNA、miRNA、16S rRNA，血液、粪便、大豆粉等）
检测原理
SPR检测基于平面偏振光在金膜表面全内反射激发表面等离子体，共振角取决于金膜厚度及其界面介电常数。将PNA、适配体、LNA等识别元件固定于金表面后，靶标分子结合会改变界面质量与介电常数，使共振角或SPRi图像发生位移，信号随靶标浓度增加而增强。对于核酸检测，PNA探针捕获靶标DNA后，AuNP偶联互补寡核苷酸结合到靶标非杂交区，通过纳米颗粒增强局部介电常数实现放大；miRNA检测还利用poly(A)尾与poly(T)-AuNP结合。对于蛋白检测，适配体捕获靶标后，HRP偶联抗体形成夹心结构，酶催化底物在表面沉淀，进一步放大SPRi响应。部分适配体构象变化可改变MB与电极距离，用于电化学读出。
检测灵敏度
LOD: 500 fM (thrombin)；LOD: 1 pM (VEGF)；线性范围: 1 nM to 1 μM (adenosine)；LOD: 1 ng/mL (IgE)；LOD: 1 fM (oligonucleotide sequences)；LOD: 102 cfu/0.1 g of stool (E. coli O157:H7 PCR products)；LOD: 58.2 ± 1.37 pg ml-1 (E. coli 16S rRNA)；LOD: 10 fM (miRNAs)
效应效果
综述报道的SPR系统无标记、实时、可再生且选择性高。适配体SPR可检测IgE、CRP和HIV-1 Tat；酶放大SPRi检测凝血酶和VEGF的LOD分别为500 fM和1 pM；RBP4适配体SPR与抗体法相当。腺苷检测在1 nM–1 μM呈线性；IgE LOD为1 ng/mL。PNA/AuNP增强SPRi将DNA检测降至1 fM，可检测大豆粉GMO DNA和血液β-地中海贫血突变；16S rRNA LOD为58.2±1.37 pg/mL；LNA探针使miRNA检测达10 fM。作者认为可减少PCR和样本处理，用于早期诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器：金膜SPR芯片（Au）与微流控传感池，提供表面等离子共振换能
- 固定化层：链霉亲和素（streptavidin）或生物素化探针固定化，用于固定识别元件
- 识别元件：PNA探针、DNA/RNA适配体、LNA探针、HNA探针或MORF寡聚物，特异性结合靶标
- 信号标记物：金纳米颗粒（AuNPs）偶联互补寡核苷酸或抗体，结合后增强SPR响应
- 酶促放大层：HRP偶联抗体及底物，在SPRi表面形成沉淀放大蛋白检测信号
- 多聚尾放大：poly(A)尾与poly(T)-AuNP结合，用于miRNA低丰度检测
- 电化学标记物：亚甲基蓝（MB）标记适配体，用于部分IFN-γ检测的电流读出
中文摘要
本文综述了人工DNA与表面等离子共振（SPR）技术结合用于生物传感和分子识别研究的近15年进展。点击化学推动了具有修饰碱基和骨架的DNA类似物发展，使功能核酸（适配体、DNAzyme）和构象受限寡核苷酸（PNA、LNA、HNA、MORFs）在稳定性、结合特性和生物应用中具有优势。SPR是一种实时、无标记、高灵敏的光学换能平台，可监测分子结合引起的界面介电常数变化，用于测定结合动力学和平衡常数。综述重点介绍适配体、PNA、LNA、HNA和MORFs作为SPR识别元件或研究对象的诊断应用，包括蛋白标志物（IgE、CRP、HIV-1 Tat、凝血酶、VEGF、RBP4）、小分子腺苷以及核酸靶标（DNA/RNA、miRNA、SNP、GMO、β-地中海贫血突变、E. coli 16S rRNA）的检测。文中还总结金纳米颗粒、酶促沉淀、poly(A)/poly(T)等信号放大策略，指出SPR与人工DNA结合有望实现免PCR、高通量、无标记检测，服务于早期疾病诊断和生物标志物发现。
英文摘要
The combined use of surface plasmon resonance (SPR) and modified or mimic oligonucleotides have expanded diagnostic capabilities of SPR-based biosensors and have allowed detailed studies of molecular recognition processes. This review summarizes the most significant advances made in this area over the past 15 years. Functional and conformationally restricted DNA analogs (e.g., aptamers and PNAs) when used as components of SPR biosensors contribute to enhance the biosensor sensitivity and selectivity. At the same time, the SPR technology brings advantages that allows forbetter exploration of underlying properties of non-natural nucleic acid structures such us DNAzymes, LNA and HNA.