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
蛋白（血清蛋白，human serum proteins）、接枝共聚物 PLL-g-PMOXA、磷脂囊泡/支撑脂质双分子层（POPC、DOPC、POPS、DOPS、大肠杆菌总脂质提取物）、链霉亲和素（streptavidin）；样品基质为生理缓冲液、人血清、脂质囊泡溶液。
检测原理
本文所述方法并非单一传感体系，而是比较互补的表面敏感换能机制。SPR、OWLS 和 DPI 利用倏逝光场：生物分子在界面吸附后改变局部折射率、光学厚度或双折射，导致 SPR 共振角、光波导耦合角或双极化干涉信号变化；由于光场穿透深度约几十至几百纳米，信号对界面干质量敏感，但对耦合水不敏感。QCM-D 利用压电石英厚度剪切谐振：吸附膜及其耦合水、粘弹性负载改变谐振频率和能量耗散，从而给出湿质量与膜柔顺性。将光学与声学数据结合，可区分干质量与湿质量、估算水合度、膜厚度、链伸展、构象转变和分子有序，避免单技术因水合、厚度、各向异性造成的误差。
检测灵敏度
OWLS 检测限: <1 ng/cm2；SPR 可检测有效折射率变化: <10^-5；QCM 质量灵敏度: ~18 ng/(Hz × cm2)（4.95 MHz 晶体）
效应效果
作者强调单一技术难以准确解释复杂生物界面。案例1中，PLL-g-PMOXA 刷水合约≥80%，但只有侧链伸展 S≥4 时才能完全抵抗人血清蛋白吸附，说明水合不是唯一判据。案例2中，SPR/QCM-D 联合可分离脂质囊泡与支撑脂质双分子层信号，避免仅用 SPR 将囊泡质量低估最多约30%，并给出两相表面覆盖随时间演化。案例3显示链霉亲和素结合水随覆盖度从 φ≈7.5 降至 φ≈1.3。案例4用 QCM-D 与 OWLS 解释大肠杆菌脂质膜非平面构象，解决单技术矛盾。案例5用 DPI 结合 QCM-D/中子散射获得双折射与分子有序。文章未报告 RSD、回收率或临床验证，但主张组合技术可提升生物膜、蛋白和聚合物界面定量监测能力。
传感器的构成
- 基底/换能器：压电石英晶体（QCM-D），厚度剪切谐振，测量吸附质量与能量耗散
- 基底/换能器：金膜/棱镜（SPR，Kretschmann 构型），激发表面等离子体倏逝场
- 基底/换能器：平面光波导（SiO2、TiO2、Ta2O5 或 SiO2/TiO2，OWLS/DPI），光栅耦合激光并探测折射率变化
- 修饰层：Nb2O5 或 TiO2 薄涂层，模拟生物医学金属植入表面并调控蛋白/脂质吸附
- 功能/识别层：PLL-g-PMOXA 接枝共聚物刷，静电自组装形成水合抗蛋白吸附层
- 功能/识别层：磷脂囊泡/支撑脂质双分子层（POPC、DOPC、POPS、DOPS、大肠杆菌脂质提取物），模拟生物膜并发生结构转变
- 识别层：生物素化 SLB 与链霉亲和素（streptavidin-biotin），实现特异性结合并可形成二维有序层
- 信号标记物：无标记（label-free），直接读取 SPR 角度、OWLS/DPI 耦合角和 QCM-D 频率/耗散
中文摘要
本文是一篇教程性综述，讨论用于生物传感的多种表面敏感技术。虽然许多技术都声称可测量吸附质量，但每种技术依赖不同换能原理，因此相互比较与组合具有重要意义。作者简要介绍石英晶体微天平（QCM）、光波导光模光谱（OWLS）和表面等离子共振（SPR）等常用表面敏感生物传感技术，并通过五个案例研究说明不同生物传感技术可以且常常应当联合使用。案例涵盖蛋白膜、聚合物刷和脂质膜的吸附，展示如何处理强水合与弱水合膜、大构象变化以及有序生物分子层。文章强调，将声学倏逝技术与光学倏逝技术结合，不仅能交叉验证数据，还能提高定量性，获得膜厚度、折射率、水合程度、链伸展、双折射和分子有序等单技术难以获得的信息，并与文献中其他代表性工作进行比较。
英文摘要
The great wealth of different surface sensitive techniques used in biosensing, most of which claim to measure adsorbed mass, can at first glance look unnecessary. However, with each technique relying on a different transducer principle there is something to be gained from a comparison. In this tutorial review, different optical and acoustic evanescent techniques are used to illustrate how an understanding of the transducer principle of each technique can be exploited for further interpretation of hydrated and extended polymer and biological films. Some of the most commonly used surface sensitive biosensor techniques (quartz crystal microbalance, optical waveguide spectroscopy and surface plasmon resonance) are briefly described and five case studies are presented to illustrate how different biosensing techniques can and often should be combined. The case studies deal with representative examples of adsorption of protein films, polymer brushes and lipid membranes, and describe e.g., how to deal with strongly vs. weakly hydrated films, large conformational changes and ordered layers of biomolecules. The presented systems and methods are compared to other representative examples from the increasing literature on the subject.