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
布鲁氏菌（Brucella abortus）特征16S rRNA/DNA序列、大肠杆菌（Escherichia coli）特征16S rRNA/DNA序列、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）特征16S rRNA/DNA序列；样品基质：TRIS/MgCl2缓冲液（10 mM Tris、30 mM MgCl2）
检测原理
传感器采用Kretschmann几何ATR激发Au膜表面等离子体。750 nm超辐射二极管光经偏振片和四分之一波片入射棱镜，反射光偏振态受Au膜界面折射率影响；CCD成像获得二维光强分布。芯片表面微点印硫醇化DNA探针，OEG封闭非特异区。目标病原菌特征寡核苷酸与互补探针杂交后，界面质量/折射率增加，导致SPR反射光强和偏振变化。通过明暗Au参考镜实时校正光源和暗电流，参考通道扣除背景折射率/温度漂移。以初始结合速率作为响应，随目标浓度升高而增大，15 min内可检测100 pM水平。无外源标记，无酶或核酸扩增放大。
检测灵敏度
LOD: better than 60 pM；可检测水平: 100 pM；最低可分辨结合速率: <10^-4 mRIU/min（10 min检测）；折射率分辨率: 2 × 10^-7 RIU
效应效果
该传感器在5 nM病原菌特征寡核苷酸混合检测中，对应通道响应显著，非对应通道响应通常低30–100倍，且无明显通道串扰，表明DNA探针阵列具有良好选择性。单芯片内通道间重现性在>1 nM时约95%，芯片间重现性优于85%，探针表面浓度约3.7×10^12–8.7×10^12 DNA/cm2，平均功能化重现性约85%。折射率分辨率达2×10^-7 RIU，比已报道SPR成像系统高一个数量级；LOD优于60 pM，优于多数电化学（0.1–10 nM）、SAW（nM）和QCM（10–100 nM）DNA传感器，并优于高性能光谱SPR传感器。检测时间<15 min，适合食品源病原菌核酸高通量筛查；文中未做实际食品样品加标回收。
传感器的构成
- 基底/换能器：BK7玻璃SPR芯片，Ti粘附层与Au活性层（49.5 nm），用于Kretschmann几何下激发表面等离子体并产生反射光强/偏振变化
- 光学参考系统：耦合棱镜、偏振片、四分之一波片、750 nm超辐射二极管（SLD）、CCD相机及棱镜表面两个Au参考镜，用于偏振对比成像与明暗内部参考
- 流路系统：丙烯酸流室与50 μm Mylar胶垫形成6个流室，多通道蠕动泵输送样品，用于平行进样
- 识别元件：微点印5′-硫醇化DNA探针（Bab970SH、Bab960SH、E441SH、E180SH、Sau1463SH，10 μM PBS），通过硫醇-Au自组装固定，识别特定16S rRNA特征序列
- 封闭/抗污层：OEG硫醇（HS-C11-EG2-OH，100 μM PBS）过夜封闭非探针区域，形成抗污自组装单分子层，降低非特异吸附
- 信号标记物：无外源标记，直接检测DNA杂交引起的界面折射率变化（label-free）
中文摘要
本文报道一种用于食品安全的高通量表面等离子共振（SPR）生物传感器，用于快速、平行检测可识别特定细菌病原体的核酸。该传感器由带偏振对比和内部参考的高性能SPR成像传感器（折射率分辨率2×10^-7 RIU）以及微点印在SPR芯片表面的DNA探针阵列组成。作者以布鲁氏菌（Brucella abortus）、大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）16S rRNA特征序列对应的20–23碱基短DNA探针为识别元件，通过互补寡核苷酸杂交实现无标记检测。结果表明，该传感器可在15 min内检测100 pM水平的特征DNA/RNA序列，具有高通量、高特异性和快速检测能力，适用于食品源病原菌核酸筛查。
英文摘要
High-throughput surface plasmon resonance (SPR) biosensor for rapid and parallelized detection of nucleic acids identifying specific bacterial pathogens is reported. The biosensor consists of a high-performance SPR imaging sensor with polarization contrast and internal referencing (refractive index resolution 2 x 10(-7) RIU) and an array of DNA probes microspotted on the surface of the SPR sensor. It is demonstrated that short sequences of nucleic acids (20-23 bases) characteristic for bacterial pathogens such as Brucella abortus, Escherichia coli, and Staphylococcus aureus can be detected at 100 pM levels. Detection of specific DNA or RNA sequences can be performed in less than 15 min by the reported SPR sensor.