组成图示
示意图生成中
传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
肌红蛋白（myoglobin, MG）；样品基质：HEPES buffer saline pH 7.4（HBS）、牛血清（bovine serum）
检测原理
该传感器基于表面等离子共振（SPR）换能机制。白光经多模光纤入射到 Au 膜表面，满足动量匹配时激发表面等离子体，反射光谱出现极小值，其波长 λSPR 对金膜附近 100–200 nm 内折射率变化敏感。聚合物支持层通过硫醇 SAM 和 EDC/NHS 化学固定 anti-MG 抗体；当样品中的 MG 与 anti-MG 特异性结合时，界面质量增加，局部折射率升高，导致 λSPR 发生红移。红移幅度与抗体负载量及 MG 结合量相关，因此可反映 MG 浓度。聚合物种类不仅影响抗体固定量，还影响血清蛋白非特异吸附，从而改变信号与背景。该体系无酶催化放大，信号直接来自抗原抗体结合引起的界面折射率变化。
检测灵敏度
LOD: 0.02 nm（系统检测限，SPR 波长位移）
效应效果
在 HBS（pH 7.4）中，25 ng/mL MG 检测显示多数聚合物性能与 CM-dextran 相当；海藻酸和 CM-dextran 的 MG 位移最大，分别为 0.138 nm 和 0.132 nm，透明质酸仅 0.020 nm，接近系统检测限。抗体负载位移中，海藻酸 10.6 nm、CM-dextran 10.4 nm。牛血清抗污实验中，CM-dextran 污染归一化为 100%，海藻酸 97%，CM-hyaluronic acid 44%，透明质酸 41%；CM-hyaluronic acid 的 MG 灵敏度约为 CM-dextran 的 62%，但污染降低约 60%，总体性能更优。传感器间变异为 0.5 nm，HBS 中 14 天无显著漂移。作者认为该策略可用于实时心肌梗死标志物监测并替代 CM-dextran。
传感器的构成
- 基底/换能器：多模光纤 SPR 探针，末端溅射 5 nm Cr 粘附层和 50 nm Au 金膜，形成表面等离子体换能器
- 自组装单分子层：11-巯基十一烷醇（MUA）在 Au 表面形成硫醇 SAM，提供表面化学连接
- 反应性连接层：环氧氯丙烷/NaOH 处理形成反应性环氧/羟基中间体，或乙醇胺处理形成游离胺，用于 EDC/NHS 偶联
- 聚合物支持层：CM-dextran、CM-hyaluronic acid、hyaluronic acid、alginic acid、humic acid、dl-PLA、PAA、OPSS-PEG-NHS、PMAVA 等，提供抗体固定位点并调节抗污
- 识别元件：human anti-myoglobin（anti-MG）多克隆抗体，经 EDC/NHS 胺偶联固定，特异性结合 MG
- 封闭/失活层：1 M ethanolamine（pH 8.5）封闭未反应羧基并洗去非特异结合蛋白
- 信号读出：白色 LED、Jobin-SPEX 270M 光谱仪与 Andor CCD，记录反射光谱中 λSPR 位移
中文摘要
本研究制备并评价了多种可化学固定于表面等离子共振（SPR）传感器表面的聚合物支持层，用于增强生物传感信号并降低复杂样品中的非特异污染。作者以羧甲基葡聚糖（CM-dextran）为对照，考察了九种聚合物：CM-dextran、羧甲基透明质酸（CM-hyaluronic acid）、透明质酸（hyaluronic acid）、海藻酸（alginic acid）、腐殖酸（humic acid）、聚乳酸（dl-polylactic acid, PLA）、聚丙烯酸（polyacrylic acid, PAA）、正吡啶二硫代-聚乙二醇-N-羟基丁二酰亚胺（OPSS-PEG-NHS）以及聚甲基丙烯酸-醋酸乙烯酯共聚物（PMAVA）。聚合物通过碳二亚胺化学连接到 SPR 探针上的硫醇自组装单分子层，并进一步功能化以固定抗肌红蛋白抗体（anti-MG）。在 HEPES 缓冲生理盐水（HBS，pH 7.4）中，以 25 ng/mL 肌红蛋白（MG）作为心肌梗死相关生物浓度进行性能测试。结果显示，多数聚合物在 HBS 中的 MG 检测性能与 CM-dextran 相当；在牛血清初步抗污实验中，候选聚合物均表现出优于 CM-dextran 的抗污染能力。
英文摘要
The preparation and use of multiple polymers attached to a surface plasmon resonance (SPR) sensor for optimization of signal enhancement and minimization of fouling during sensing of biological species has been achieved. These polymers are advantageous compared to the current practice of carboxymethylated-dextran (CM-dextran). The polymers offer a wide range of functionalities and different molecular weights. Using these polymers, the SPR sensors can be fabricated as fast or faster than the CM-dextran sensor. In this study, we investigated the use of nine polymers for SPR biosensors. Polysaccharides, including CM-dextran, CM-hyaluronic acid, hyaluronic acid, and alginic acid, were investigated. Humic acid, polylactic acid, polyacrylic acid, orthopyridyldisulfide-polyethyleneglycol-N-hydroxysuccinimide (OPSS-PEG-NHS) and a synthesized polymer; polymethacrylic-acid-co-vinyl-acetate (PMAVA), were also used. The polymers were chemically attached to a thiol monolayer on the SPR biosensor using carbodiimide chemistry. The polymers were functionalized for binding of anti-myoglobin (anti-MG). The sensor performance was measured using myoglobin (MG) at 25ngml(-1), a biologically relevant level for myocardial infarction detection. Most polymers offered similar performance to CM-dextran for MG detection in HEPES buffer saline pH 7.4 (HBS). In preliminary studies in bovine serum, each of the candidate polymers demonstrated better performance than CM-dextran.