组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
大肠杆菌 O157:H7（Escherichia coli O157:H7），样品基质为 PBST（PBS + 0.05% Tween-20）加标溶液；对照为大肠杆菌 K12（E. coli K12）
检测原理
该传感器以玻璃/底部金膜/低折射率Cytop/25 nm金光栅构成光栅耦合长程表面等离子体（LRSP）芯片。LRSP共振较窄且场穿透深度更大，可提高折射率测量品质因数。金表面经硫醇SAM固定捕获抗体cAb，目标大肠杆菌O157:H7与cAb结合；样品中预先孵育的MNP-dAb通过检测抗体dAb结合目标菌不同表位，形成cAb-菌-MNP复合物。施加垂直磁场梯度（∇B=0.10 T/mm）将MNP复合物快速拉向传感表面，克服大菌扩散慢的限制；MNP聚集引起折射率变化及散射/吸收，放大反射率变化。632.8 nm He-Ne激光角度反射光谱监测共振角/反射率变化，浓度越高ΔR越大。去除磁场后未结合MNP被洗去，NaOH可再生芯片。
检测灵敏度
LOD: 50 cfu mL−1（GC-LRSP + MNP）；LOD: 10^3 cfu mL−1（GC-SP + MNP）；LOD: 6.5 × 10^5 cfu mL−1（GC-SP 直接检测）
效应效果
该传感器对目标菌E. coli O157:H7选择性良好，对照E. coli K12未产生显著响应。校准曲线三次重复，误差棒为标准偏差；芯片经10 mM NaOH再生后可重复使用。10^6 cfu mL−1时，直接GC-SP的ΔR=1.2×10^-3，MNP增强GC-LRSP为ΔR=0.12，提高约2个数量级；10^7与10^3 cfu mL−1时增强因子分别为2.4和4。LOD由直接GC-SP的6.5×10^5 cfu mL−1降至50 cfu mL−1，提高约4个数量级。分析时间约30 min，作者认为其灵敏度与现有方法相当或更优且更快。
传感器的构成
- 基底：玻璃（glass substrate），提供机械支撑与光学透光
- 底部金属反射层：100 nm 金膜（Au），反射透射光以增强 LRSP 耦合并防止泄漏
- 低折射率缓冲层：Cytop CTL-809 M 氟聚合物（约630 nm，n≈1.338），与样品折射率匹配，支持 LRSP
- 光栅金属传感层：25 nm 金（Au）光栅（周期510 nm，调制深度12 nm），光栅耦合激发 LRSP 并提供传感界面
- 自组装单分子层：硫醇-COOH 与硫醇-PEG 混合 SAM（thiol-COOH/thiol-PEG，1:9），提供羧基连接位点并减少非特异吸附
- 捕获识别元件：抗大肠杆菌 O157:H7 捕获抗体（cAb，Abcam ab75244），经 EDC/NHS 共价固定，特异性捕获目标菌
- 信号标记/放大元件：磁性纳米颗粒-检测抗体偶联物（MNP-dAb，fluidMAG-ARA 氧化铁纳米颗粒偶联 dAb，KPL 01-95-90），在磁场梯度下将目标菌拉向表面并放大折射率/散射吸收信号
- 辅助封闭/再生试剂：1 M 乙醇胺（ethanolamine）用于 MNP 偶联后失活；10 mM NaOH 用于释放捕获物实现芯片复用
中文摘要
报道一种基于光栅耦合长程表面等离子体（LRSP）光谱与磁性纳米颗粒（MNP）检测相结合的新型表面等离子共振（SPR）生物传感器，用于快速、高灵敏检测细菌病原体。LRSP 的探测可提高传感器品质因数（FOM），MNP 则通过磁场梯度将目标分析物快速递送至传感表面，并在捕获过程中产生放大的折射率变化，尤其适合扩散缓慢的大颗粒分析物。作者利用纳米压印光刻制备包含低折射率氟聚合物和金属层的光栅结构芯片，实现 LRSP 的激发与探测。以大肠杆菌 O157:H7 为模型，通过捕获抗体和磁性纳米颗粒偶联检测抗体的免疫检测，在 50 cfu/mL 浓度下实现检测，较常规光栅耦合 SPR 直接检测格式提高约 4 个数量级。
英文摘要
A new approach to surface plasmon resonance (SPR) biosensors for rapid and highly sensitive detection of bacterial pathogens is reported. It is based on the spectroscopy of grating-coupled long-range surface plasmons (LRSPs) combined with magnetic nanoparticle (MNP) assay. The interrogation of LRSPs allows increasing the biosensor figure of merit (FOM), and the employment of MNPs further enhances the sensor response by a fast delivery of the analyte to the sensor surface and through the amplified refractive index changes associated with the capture of target analyte. This amplification strategy is particularly attractive for detection of large analytes that diffuse slowly from the analyzed sample to the sensor surface. The potential of the presented approach is demonstrated in a model experiment in which Escherichia coli O157:H7 was detected at concentrations as low as 50 cfu mL(-1), 4 orders of magnitude better than the limit of detection achieved by regular grating-coupled SPR with direct detection format.