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
链霉亲和素(streptavidin)、免疫球蛋白G(IgG)及抗IgG、纤维蛋白原(fibrinogen)、酪蛋白(casein)、白介素-2(IL-2)、凝血酶(thrombin)、目标DNA/核酸、对氧磷(paraoxon)、铅离子(Pb2+)、镉离子(Cd2+)、金黄色葡萄球菌肠毒素B(SEB)、葡萄糖(glucose)、司坦唑醇(stanozolol)等；样品基质包括缓冲液、血清、稀释全血、牛奶、环境水样、细胞/细胞裂解液。
检测原理
GNP 的 LSPR 峰波长和吸光度对其周围介电环境/折射率敏感。将抗体、适配体、DNA/PNA 探针或酶等识别元件固定在 GNP 表面后，目标物结合会改变纳米颗粒-溶液界面的局部折射率，使 LSPR 峰发生红移或吸光度变化，从而无标记读出。通过改变 GNP 尺寸、形状（纳米球、纳米棒、纳米壳、双锥、星形）和组成，可调节 LSPR 峰位置、场增强和传感体积；三维组装与介观间距控制可进一步提高灵敏度。部分体系采用酶催化放大：如葡萄糖氧化酶催化葡萄糖产生 H2O2，H2O2 还原氯金酸并在 GNP 表面沉积金，使粒径增大并放大 LSPR 红移。最终由紫外-可见-近红外光谱或光纤光谱仪监测峰位/强度变化。
检测灵敏度
LOD: 0.83 nM 链霉亲和素；LOD: 94 pM 链霉亲和素；LOD: 1 nM 链霉亲和素；LOD: 10 ng/mL 纤维蛋白原；LOD: 10 pg/mL IL-2；LOD: 1 nM 凝血酶；LOD: 0.677 pM 目标DNA；LOD: 2.4 ng/µL pCMV-Myc；LOD: 0.234 ppb 对氧磷；LOD: 0.27 ppb 铅；LOD: 0.16 ppb 镉；LOD: 0.04 ng/mL SEB；LOD: ∼1.4 pM SEB；LOD: 1 ng/mL SEB；LOD: 5 μM 葡萄糖；LOD: 2.4 nM 司坦唑醇；线性范围: 1–100 ppb 对氧磷；线性范围: 6.2–20.0 ng/µL pCMV-Myc；线性范围: 5 × 10−6–5 × 10−5 M 葡萄糖；线性范围: 3–50 µg/mL 稀释全血链霉亲和素；灵敏度: 252 nm/RIU GNR (AR 2.25)；灵敏度: 60 nm/RIU 39 nm sGNP；灵敏度: 366 nm/RIU GNR (AR 5.2)；灵敏度: 289 nm/RIU GBP (AR 2.5)；灵敏度: 381 nm/RIU GBP (AR 3.2)；灵敏度: 1410 meV/RIU 金纳米星；灵敏度: 408.8 nm/RIU GNS (50 nm, wall 4.5 nm)；灵敏度: 555.4 nm/RIU 二氧化硅-金纳米壳；灵敏度: 1.24 ppb−1 镉；灵敏度: ∼5400% per RIU 单活细胞探针；R^2 = 0.99 pCMV-Myc
效应效果
综述报道的 GNP-LSPR 传感器具有无标记、低成本、可多重和近红外抗干扰优势。选择性方面，PNA/DNA 芯片可区分单碱基错配；GNR/GNS 近红外 LSPR 峰减少血清/血液本底吸收干扰，稀释全血中链霉亲和素检测限 3 µg/mL，动态范围 3–50 µg/mL。稳定性方面，对氧磷光纤传感器经 500 ppb 抑制和 0.5 mM 2-吡啶醛肟甲碘化物再生六次后保留 94% 活性，4°C 干燥保存 60 天仍重现；聚电解质多层光纤传感器稳定性与重现性良好。SEB 光纤 LSPR 检测限约 1.4 pM，与 ELISA、Western blot、SPR 等相当或更优。作者认为其可用于临床诊断、食品安全、环境监测和多重分析。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃片、光纤、微流控芯片、蛋壳膜(ESM)、墨鱼骨衍生基质(CDMS)，承载金纳米结构并传导光信号
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒(GNP，含sGNP、GNR、GNS、GBP)自组装单层或三维组装，提供LSPR光学响应
- 界面连接层：3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)、聚电解质多层(PDDA/PSS/PAH)、巯基硅烷化多壁碳纳米管(MWCNT)，用于固定GNP或构建三维传感层
- 识别元件：抗体、适配体、生物素、链霉亲和素、凝集素ConA、DNA/PNA探针、乙酰胆碱酯酶(AChE)、葡萄糖氧化酶(GOx)，特异性识别目标物
- 信号放大层：部分体系以H2O2还原氯金酸在GNP表面沉积金，增大粒径并放大LSPR红移；多数为无标记检测
- 封闭剂：BSA等用于封闭非特异性结合位点
- 读出层：白光/绿光LED、卤钨灯、光纤耦合器与紫外-可见-近红外光谱仪，监测LSPR峰波长或吸光度变化
中文摘要
金纳米颗粒（GNP）的局域表面等离子共振（LSPR）特性已被用于多种光学传感构型，包括溶液相生物检测、纸基比色检测、表面限制纳米颗粒薄膜/阵列传感等。其中，金纳米结构薄膜因高稳定性、良好重现性、稳健性和成本效益而备受关注。GNP 的固有光学特性取决于尺寸与形状（如纳米球、纳米棒、纳米星）、LSPR 峰位置对局部环境的敏感性、组成（如金-银或二氧化硅-金纳米壳）、传感体积、介观间距和多重检测能力。这些特性使传感器可调控，从而提高灵敏度与性能。通过自下而上和自上而下方法制备金纳米结构薄膜，已实现超灵敏生物传感器设计。本综述描述 GNP-LSPR 传感器发展中的过去、现在和未来趋势，重点讨论设计与应用，并分析不同 GNP 尺寸、形状、基底和应用领域的组合。
英文摘要
The localized surface plasmon resonance (LSPR) property of gold nanoparticles (GNP) has been exploited in a variety of optical sensor configurations including solution-based bioassays, paper-based colorimetric detection, surface-confined nanoparticle film/array-based sensing, etc. Amongst these, gold nanostructured films are of great interest because of their high stability, good reproducibility, robustness, and cost-effectiveness. The inherent optical characteristics of GNP, are attributed to parameters like size and shape (eg, nanospheres, nanorods, nanostars), eg, LSPR spectral location sensitivity to the local environment, composition (eg, gold-silver or silica-gold nanoshells), sensing volume, mesospacing, and multiplexing. These properties allow sensor tunability, enabling enhanced sensitivity and better performance of these biosensors. Ultrasensitive biosensor designs were realized using gold nanostructured films fabricated by bottom-up as well as top-down approaches. In this review, we describe the past, present, and future trends in the development of GNP-LSPR-based sensors, concentrating on both design (fabrication) and application. In the process, we have discussed various combinations of GNP size and shape, substrate, and application domains.