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
化学与生物分析物（chemical and biological analytes），具体示例包括人绒毛膜促性腺激素（hCG）、寡核苷酸（ON）、农药/毒素（pesticides/toxins）；样品基质：缓冲液、血清、尿液、食品/牛奶、环境样品
检测原理
SPR 检测基于 Kretschmann 衰减全反射构型：TM 偏振光经棱镜入射到金膜（Au）表面，在满足相位匹配条件时激发表面等离子体，其倏逝场穿透介质约 150–400 nm。固定在金表面的生物识别元件捕获样品中的分析物后，界面附近质量增加，引起局部折射率变化；按 de Feijter 公式，折射率变化与结合分子表面浓度近似成正比，从而改变 SPR 共振角、共振波长或反射光强度。直接检测中，响应斜率、平衡响应或固定时间响应随分析物浓度升高而增大；夹心格式通过次级抗体结合已捕获分析物，增加表面质量并放大响应；小分子分析物常用结合抑制格式，分析物浓度越高，未结合识别元件越少，信号反向降低。
检测灵敏度
LOD: approximately 100 pM (model oligonucleotide system)；LOD: below 0.1 ng/mL (pesticides and toxins, binding inhibition assay)；direct detection: ng/mL or sub-ng/mL (analytes >5,000 Da)
效应效果
SPR 为无标记、实时光学检测，可监测结合与解离动力学。高性能 SPR 可分辨 0.1 pg mm−2 表面浓度变化，要求光学系统分辨 <0.5 pm 共振波长或 <10−5 度共振角；10 pg mm−2 蛋白吸附响应与 10−5 RIU 体相折射率变化相当。COOH/OEG SAM、BAT/OEG 和链霉亲和素固定化在较宽 pH/温度范围稳定，对血清、尿液、食品基质非特异结合抗干扰较好；物理吸附法简便但抗非特异结合较弱，需 BSA、酪蛋白或干奶封闭。直接检测适用于 >5,000 Da 分析物，可达 ng/mL 或 sub-ng/mL；夹心格式提高灵敏度与特异性；竞争抑制用于农药/毒素，LOD 低于 0.1 ng/mL。作者认为适用于医学诊断、环境监测、食品安全和生物分子相互作用研究。
传感器的构成
- 基底/换能器：光学玻璃棱镜与 SPR 芯片（NBK7）及金薄膜（Au），用于激发表面等离子体并感知界面折射率变化
- 表面修饰层：烷基硫醇自组装单分子层（SAM），如 AT-EG4-COOH/AT-EG4、AT-EG4-BAT/AT-EG4 或 AT-NH2，提供羧基、生物素或氨基功能化表面
- 桥接/活化层：链霉亲和素（streptavidin）或 TSTU/NHS/EDC 活化酯，用于生物素化配体或蛋白的位点特异性固定
- 识别元件：抗体、抗体片段、抗原、affibodies、肽、寡核苷酸探针（ON）或分子印迹聚合物（MIP），特异性捕获分析物
- 信号标记物：无标记直接检测；夹心格式中次级抗体（secondary antibody）结合已捕获分析物以放大质量响应
- 封闭剂：乙醇胺（ethanolamine）灭活残余 NHS 酯，BSA、酪蛋白（caseine）或干奶（dry milk）封闭非特异结合位点
- 样品输送系统：流动池（flow cell）或比色皿（cuvette）及蠕动/注射泵，将样品输送至传感表面
中文摘要
表面等离子共振（SPR）生物传感器是一种无标记光学亲和传感技术，通过光学读取器激发金属薄膜表面的表面等离子体，其倏逝场对金属表面附近介质折射率变化敏感。当样品中的分析物与固定在传感器表面的生物识别元件（抗体、抗体片段、寡核苷酸、分子印迹聚合物等）特异性结合时，界面折射率改变，导致 SPR 共振角、共振波长或反射光强度发生变化，从而实现对结合事件和结合量的实时监测。SPR 系统通常由光学读取器、生物识别元件和样品制备/输送系统组成，可采用 Kretschmann 棱镜衰减全反射、角度调制、波长调制或强度调制（SPR 成像）等构型。本章系统介绍 SPR 传感的基本物理原理、商用平台、生物识别元件固定化化学（自组装单分子层、羧基/乙二醇混合 SAM、链霉亲和素-生物素、物理吸附等）、样品输送方式，以及直接检测、夹心检测和结合抑制检测等分析格式，并讨论其在医学诊断、环境监测、食品安全和生物分子相互作用研究中的应用。
英文摘要
Surface plasmon resonance (SPR) biosensors belong to label-free optical biosensing technologies. The SPR method is based on optical measurement of refractive index changes associated with the binding of analyte molecules in a sample to biorecognize molecules immobilized on the SPR sensor. Since late 1990's, SPR biosensors have become the main tool for the study of biomolecular interactions both in life science and pharmaceutical research. In addition, they have been increasingly applied in the detection of chemical and biological substances in important areas such as medical diagnostics, environmental monitoring, food safety and security. This chapter reviews the main principles of SPR biosensor technology and discusses applications of this technology for rapid, sensitive and specific detection of chemical and biological analytes.