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
癌胚抗原（CEA）；样品基质：50% 人血浆
检测原理
检测采用夹心法。SPR 芯片表面经混合烷硫醇自组装后共价固定一抗 Ab1，BSA 封闭降低非特异吸附。50% 人血浆中的 CEA 被 Ab1 捕获，随后加入生物素化二抗 Ab2 与 CEA 结合。bio-AuNPs 表面共价固定链霉亲和素 streptavidin 和 BSA，通过链霉亲和素–生物素高亲和作用结合到 Ab2 上。30 nm 金纳米颗粒在芯片表面形成较大质量与折射率变化，使 SPR 共振波长发生偏移。由于 BSA 抗污层显著降低血浆蛋白和纳米颗粒的非特异吸附，信号主要来自 CEA 夹心复合物。CEA 浓度越高，表面结合的 bio-AuNPs 越多，SPR 波长偏移越大，从而实现无标记定量检测。
检测灵敏度
LOD: 0.1 ng/mL CEA in 50 % plasma；线性范围: 0.4–25 ng/mL；3SD blank: 0.024 nm；直接检测 LOD: 8 ng/mL；血浆直接检测 LOD: about 100 ng/mL；1-nm SPR wavelength shift = 17 ng/cm2 protein surface coverage
效应效果
在 50% 人血浆中，0.4–100 ng/mL 加标 CEA 产生随浓度增加的响应，0.4–25 ng/mL 线性，LOD 0.1 ng/mL，低于健康非吸烟者未稀释血浆阈值 2.5 ng/mL。非加标血浆估计 CEA 约 1 ng/mL。与直接检测相比，bio-AuNPs 将 PBS 中 LOD 从 8 ng/mL 降至 0.1 ng/mL（约 80 倍），将血浆直接检测 LOD 从约 100 ng/mL 降至 0.1 ng/mL（约 1000 倍），优于此前 SPR 血浆 CEA 报道 1000 倍以上。100 ng/mL ALCAM 和 hCG 加标未引起超出空白标准差的响应；bio-AuNPs 对血浆芯片非特异结合可忽略。每个浓度至少 4 次独立实验。作者认为该无标记 SPR 方法适用于复杂生物样品中亚 ng/mL 肿瘤标志物检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：BK7 玻璃片、1 nm 钛粘附层、50 nm 金层，构成 SPR 芯片并激发表面等离子体
- 自组装修饰层：3:7 混合烷硫醇 HS–C11–(EG)6–OCH2–COOH 与 HS–C11–(EG)4–OH，提供羧基用于共价固定抗体，羟基用于封闭
- 识别元件：一抗 Ab1 共价固定于芯片表面，特异性捕获 CEA
- 识别元件：生物素化二抗 Ab2 与 CEA 结合，提供生物素位点
- 信号放大元件：30 nm 金纳米颗粒 AuNPs 表面共价固定链霉亲和素 streptavidin，结合生物素化 Ab2，产生大折射率变化
- 抗污/封闭层：BSA 共价固定于 AuNPs 表面并用于芯片表面封闭，降低血浆非特异吸附
- 封闭/灭活剂：乙醇胺 ethanolamine 灭活剩余羧基，PBSNaCl/BSA 洗涤减少非特异结合
中文摘要
本文报道了一种新型生物功能化金纳米颗粒（bio-AuNPs），用于表面等离子共振（SPR）生物传感器检测人血浆中低水平癌胚抗原（CEA）。bio-AuNPs 由金纳米颗粒表面共价固定链霉亲和素（streptavidin）和牛血清白蛋白（BSA）组成：链霉亲和素提供对 CEA 夹心法第二步中生物素化二抗的高亲和力，BSA 用于降低 bio-AuNPs 与复杂血浆样品之间的非特异性相互作用。作者通过优化链霉亲和素负载量和离心纯化次数，获得了兼具高结合能力和低非特异吸附的 bio-AuNPs。在夹心检测格式中，固定于 SPR 芯片上的一抗捕获 CEA，生物素化二抗结合 CEA，随后 bio-AuNPs 通过链霉亲和素–生物素作用结合到二抗上，产生显著折射率变化。结果表明，该 SPR 生物传感器可在 50% 人血浆中检测低至 0.1 ng/mL 的 CEA，低于正常生理水平，且比此前报道的 SPR 血浆 CEA 检测限提高 1000 倍以上。
英文摘要
We report on the use of new biofunctionalized gold nanoparticles (bio-AuNPs) that enable a surface plasmon resonance (SPR) biosensor to detect low levels of carcinoembryonic antigen (CEA) in human blood plasma. Bio-AuNPs consist of gold nanoparticles functionalized both with (1) streptavidin, to provide high affinity for the biotinylated secondary antibody used in the second step of the CEA sandwich assay, and with (2) bovine serum albumin, to minimize the nonspecific interaction of the bio-AuNPs with complex samples (blood plasma). We demonstrate that this approach makes it possible for the SPR biosensor to detect CEA in blood plasma at concentrations as low as 0.1 ng/mL, well below normal physiological levels (approximately nanograms per milliliter). Moreover, the limit of detection achieved using this approach is better by a factor of more than 1,000 than limits of detection reported so far for CEA in blood plasma using SPR biosensors.