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
镉离子（Cd(II)）；样品基质：0.02 M Tris 缓冲液（pH 6.5），面向饮用水/环境水样
检测原理
该传感器采用透射式光纤 LSPR 换能机制。多模塑料包层石英光纤的无包层段与 635 nm 激光耦合，倏逝场激发表面金纳米粒子（NMAu）的局域表面等离子共振。金纳米粒子表面经 MPTMS、半胱胺自组装层共价固定植物螯合肽（PCs）。PCs 富含半胱氨酸残基，其巯基与 Cd(II) 发生配位螯合；结合事件改变金纳米粒子周围局部折射率，使 LSPR 吸收增强、透射光强下降。系统以初始光强 I0 和结合后光强 I1 计算吸光度变化 (I0−I1)/I0×100%，该变化在 1–8 ppb Cd(II) 范围内与浓度呈线性关系，从而实现无标记定量检测。
检测灵敏度
LOD: 0.16 ppb；线性范围: 1–8 ppb；灵敏度: 1.24 ppb−1；R^2 = 0.996
效应效果
未固定 PCs 的光纤对 Cd(II) 无显著响应，说明识别元件提供选择性。对 8 ppb Mg(II)、Cu(II) 的最高吸光度变化小于 4%，对 Pd(II)、Ni(II) 仅 2.5%，表明 PCs 对 Cd(II) 结合更强。25 °C 下线性良好（R^2=0.996），25–41 °C 均可响应。传感器经 500 ppb Cd(II) 失活、1 M CaCl2/0.1 M 醋酸钠（pH 3.6）再活化九次后保留 85% 活性；4 °C、5% 无水海藻糖保存 35 d 后活性仅下降 9.5%，可重复使用。作者认为该传感器适合饮用水等环境水样中 Cd(II) 的快速无标记筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器：多模塑料包层石英光纤（F-MBC，0.37 NA，芯径400 μm），提供光传输与倏逝场耦合
- 硅烷修饰层：3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS），在光纤表面形成巯基锚定层
- 金纳米粒子层：平均直径9.6±2.3 nm的金纳米粒子（NMAu），产生LSPR并耦合倏逝波
- 胺功能化自组装层：半胱胺二盐酸盐（cystamine dihydrochloride）自组装，提供氨基偶联位点
- 识别元件：植物螯合肽（PCs，(γ-Glu-Cys)8-Gly），经EDC/NHS活化后与半胱胺共价偶联，螯合Cd(II)
- 活化处理：2% DTT孵育20 min，用于活化/还原固定后的PCs结合位点
- 信号标记物：无，基于LSPR折射率变化直接检测
- 读出系统：635 nm激光、光纤耦合器、分束器、10 mL液池、光电接收器（PDA55）与锁相放大器（SR830），测量透射光强
中文摘要
本文开发了一种透射式局域表面等离子共振（LSPR）光纤探针，用于测定重金属镉离子 Cd(II) 浓度。传感器通过在金纳米粒子修饰的光纤（NMAuOF）表面固定植物螯合肽（PCs，(γ-Glu-Cys)8-Gly）构建。PCs 在 NMAuOF 上的最佳固定条件为 pH 7.4 PBS 中 71.6 μg/mL、孵育 2 h。当 Cd(II) 浓度从 1 到 8 ppb 变化时，PC 功能化 NMAuOF 传感器的吸光度（光吸收变化）增至 9%，灵敏度为 1.24 ppb−1，检出限为 0.16 ppb。传感器经九次失活—再活化循环后仍保留 85% 原始活性；在 4 °C、5% 无水海藻糖溶液中保存 35 d 后仍保持活性并给出可重复结果。固定 PCs 与 Cd(II) 的解离常数 Kd 约为 6.77×10−8 M。结果表明，PCs 功能化 NMAuOF 传感器可用于高灵敏、无标记测定 Cd(II) 浓度。
英文摘要
A novel transmission-based localized surface plasmon resonance (LSPR) fiber-optic probe has been developed to determine the heavy metal cadmium ion (Cd(II)) concentration. The LSPR sensor was constructed by immobilizing phytochelatins (PCs), (gammaGlc-Cys)(8)-Gly, onto gold nanoparticle-modified optical fiber (NM(Au)OF). The optimal immobilizing conditions of PCs on to the NM(Au)OF are 71.6mug/ml PCs in pH 7.4 PBS for 2h. The absorbability (change of light absorption) of the PC-functionalized NM(Au)OF sensor increases to 9% upon changing the Cd(II) level from 1 to 8ppb with a sensitivity of 1.24ppb(-1) and a detection limit of 0.16ppb. The sensor retained 85% of its original activity after nine cycles of deactivation and reactivations. In addition, the sensor retains its activity and gives reproducible results after storage in 5% d-(+)-trehalose dehydrate solution at 4 degrees C for 35 days. The dissociation constant (K(d)) of the immobilized PCs with Cd(II) was about 6.77x10(-8)M. In conclusion, the PCs-functionalized NM(Au)OF sensor can be used to determine the concentration of Cd(II) with high sensitivity.