组成图示
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传感器类型
表面增强拉曼(SERS)生物传感器
检测对象
凝血酶（thrombin，human thrombin）；样品基质：结合缓冲液、人血清（50% human blood serum）
检测原理
硫醇化凝血酶适配体通过 3'-硫醇端在金纳米颗粒表面自组装形成负电荷单分子层。未结合凝血酶时，适配体负电荷对正电荷结晶紫（CV）产生静电排斥，降低 CV 向 Au NP 表面扩散和吸附的速率，因此固定时间点下 CV 的 SERS 信号较低。凝血酶与适配体特异性结合后，中和部分负电荷，削弱静电屏障，使 CV 更快接近 Au NP 表面。由于 SERS 增强强烈依赖探针与金表面距离，近表面第一层 CV 贡献主要信号，结合凝血酶越多，表面附近 CV 越多，1617 cm-1 特征峰越强。该过程无需酶催化或核酸放大，属于基于静电调控的“signal-on”光学检测。
检测灵敏度
LOD: about 20 pM；线性范围: 0.1 nM–10 nM；回归方程: y = 0.30 + 0.08 log x（x 为 pM，y 为归一化拉曼强度）；相关系数: 0.995；绝对检出限: 0.4 fmol
效应效果
该传感器对凝血酶选择性较高：单独加入 150 nM BSA、7 µM IgG 和 50% 人血清时，CV 的 SERS 信号较空白分别降低约 12%、28% 和 12%；与 0.1 nM 凝血酶共存时，信号分别降至仅含凝血酶时的 86% 和 85%。方法重现性良好，目标响应 RSD 为 4.5%，平行基底峰位偏差小于 5%，数据为至少 15 次测量和 3 个平行实验平均值。作者实现了在含 0.1 nM 凝血酶的 50% 人血清中直接检测，无需额外处理。与电化学（0.5 nM）和荧光（102 分子）方法相比，20 pM 检出限未显著占优，但平台更简便、可重复，单张基底可检测数千个样品，具有临床检测潜力。
传感器的构成
- 基底：Si(111) 硅片，承载金纳米颗粒并提供平整 SERS 基底
- SERS 活性层：金纳米颗粒（Au NPs，平均直径约 56 nm），提供 SERS 增强热点
- 识别元件：硫醇化凝血酶适配体（thrombin aptamer，27-mer，3'-(CH2)6-SH），自组装成负电荷 SAMs 并特异性结合凝血酶
- 被测物：人凝血酶（human thrombin），与适配体结合并中和部分负电荷
- 信号标记物：结晶紫（crystal violet, CV，1 µM），正电荷拉曼探针，以 1617 cm-1 峰作为定量信号
- 结合介质：结合缓冲液（binding buffer，100 mM Tris、140 mM NaCl、20 mM MgCl2、20 mM KCl，pH 7.4），维持结合构象并控制 CV 扩散
- 信号读出：共聚焦微探针拉曼仪（RamLab-010，632.8 nm He-Ne 激光），采集 CV 的 SERS 光谱
中文摘要
本文报道了一种基于静电相互作用的表面增强拉曼光谱（SERS）生物传感器，用于凝血酶（thrombin）检测。该传感器利用捕获分子（凝血酶适配体）与探针分子（结晶紫，CV）之间的静电相互作用。当凝血酶与适配体特异性结合后，负电荷适配体自组装单分子层对正电荷 CV 从本体溶液向金纳米颗粒表面扩散的静电屏障效应被削弱。因此，在相同时间点进行拉曼检测时，结合的凝血酶越多，金纳米颗粒表面附近可参与 SERS 的 CV 分子越多，CV 的特征拉曼信号越强。该方法具有高度特异性，在 0.1 nM 至 10 nM 范围内实现凝血酶的线性检测，检出限约为 20 pM，并可直接在人血清溶液中检测凝血酶。该静电相互作用策略提供了一种简便、快速响应的“信号增强”光学检测平台，有望用于蛋白质的实时分析。
英文摘要
We have developed an electrostatic interaction based biosensor for thrombin detection using surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). This method utilized the electrostatic interaction between capture (thrombin aptamer) and probe (crystal violet, CV) molecules. The specific interaction between thrombin and aptamer could weaken the electrostatic barrier effect from the negative charged aptamer SAMs to the diffusion process of the positively charged CV from the bulk solution to the Au nanoparticle surface. Therefore, the more the bound thrombin, the more the CV molecules near the Au nanoparticle surface and the stronger the observed Raman signal of CV, provided the Raman detections were set at the same time point for each case. This procedure presented a highly specific selectivity and a linear detection of thrombin in the range from 0.1 nM to 10 nM with a detection limit of about 20 pM and realized the thrombin detection in human blood serum solution directly. The electrostatic interaction based technique provides an easy and fast-responding optical platform for a "signal-on" detection of proteins, which might be applicable for the real time assay of proteins.