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
山羊抗兔IgG IgG（goat anti-rabbit-IgG IgG，PBS缓冲液）；兔IgG（rabbit IgG，PBS缓冲液，固定识别元件）
检测原理
系统采用632.8 nm He-Ne激光，经Kretschmann配置激发金膜表面等离子体。p偏振反射光相位对金表面附近折射率变化高度敏感，s偏振相位近似恒定。Wollaston棱镜将p/s分量小角度分离，偏振棱镜后形成空间调制干涉条纹；CCD采集图像，傅里叶变换算法得到相位分布。兔IgG经MUA和EDC/NHS共价固定于金表面，BSA封闭。注入山羊抗兔IgG后，抗原抗体结合增加界面质量与折射率，使p光相位突变、干涉条纹位移；连续采集得到相位-时间曲线。邻近BSA参考区扣除体相折射率变化和非特异结合。分析物浓度越高，结合量越大，相位变化越大；再生液解离后相位回落，可拟合动力学参数。相位检测本身较强度检测灵敏1–2个数量级。
检测灵敏度
LOD: 3 × 10−5 RIU；LOD: 3 ng/cm2（吸附蛋白）；相位分辨率: 0.2°
效应效果
系统通过BSA封闭和邻近参考区背景扣除，可去除体相折射率变化与非特异性结合，提高选择性。实验中四个兔IgG点均产生明显相位变化，最大相位变化高于12°，BSA背景噪声约2–3°；背景扣除后抗原-抗体结合信号清晰，再生液注入后相位快速回落。系统相位分辨率优于0.2°，等效3×10−5 RIU，可检测3 ng/cm2吸附蛋白。四个样品区与两个参考区相减后的曲线几乎一致，其中S1-R1噪声略高，作者认为可通过系统改进降低。结果表明SMPD-SPR适合阵列检测，灵敏度高于强度检测，可用于生物分子相互作用动力学分析。
传感器的构成
- 基底/换能器：ZF5玻璃传感芯片（12 mm×12 mm×1.2 mm），与Kretschmann棱镜同材料，作为SPR基底。
- 金属膜层：2 nm Cr粘附层和40 nm Au膜，真空蒸发，用于激发SPR并形成传感界面。
- 自组装单分子层：11-巯基十一烷酸（MUA，1 mM乙醇溶液）在金表面形成羧基终止SAM，用于后续共价固定。
- 活化层：EDC/NHS活化液（EDC 0.4 M、NHS 0.1 M）活化羧基，使抗体氨基可共价结合。
- 识别元件：兔IgG（rabbit IgG，1 mg/mL PBS）点样形成2×2阵列，用于捕获山羊抗兔IgG。
- 封闭剂：BSA（10 mg/mL PBS）封闭残余活化羧基，降低非特异性结合。
- 流路/匹配层：PMMA流池（30 μL）、PTFE管路和CH2I2匹配油，维持PBS流动并消除棱镜-芯片空气间隙。
中文摘要
表面等离子共振（SPR）生物传感器是蛋白质组学研究和药物发现中分析生物分子相互作用的重要工具，但用于小分子检测时灵敏度仍需提高。现有商用SPR系统多采用强度检测，受光源、光电接收器和放大电路漂移影响，检测精度通常不优于10^-6折射率单位（RIU）。由于SPR激发时反射光相位比强度变化更剧烈，相位检测可成为提高灵敏度的有效途径，理论上比强度检测高1–2个数量级。本文报道了一种基于空间调制相位检测（SMPD）的SPR系统：采用准直单色光激发SPR，反射光的相位被空间调制形成干涉图样；通过傅里叶变换等算法处理干涉图像，可获得整个传感区域的瞬时相位分布。连续检测相位变化，即可将生物分子相互作用全过程记录为相位变化，并用于动力学分析和动力学参数获取。以兔IgG/山羊抗兔IgG抗体阵列芯片为模型，实验结果表明该技术能够实现阵列检测，且灵敏度高于强度检测。
英文摘要
Surface plasmon resonance (SPR) biosensor is a powerful tool for biomolecular interaction analysis in proteomics research and drug discovery. But when it is used to analyze small molecules, the sensitivity still needs enhancement. Phase detection is a potential solution, for phase changes more abruptly than intensity when SPR is excited. An SPR system is developed based on spatial modulation phase detection (SMPD). In this system, collimated monochromatic light is used to excite SPR, and the phase of the reflected light is spatially modulated to generate an interference pattern. By processing the interference pattern by certain algorithms, instantaneous phase distribution of the whole sensing area can be obtained. Continuously detecting the phase change, the whole process of biomolecular interaction can be recorded in the form of phase change, based on which we can make kinetic analysis and get kinetic parameters. Antibody array chip is tested by this system. Experimental results indicate that this technique is capable of array detection and is more sensitive than intensity detection.