组成图示
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传感器类型
其他（共振镜/漏波导光学生物传感器）
检测对象
茶碱（theophylline，缓冲液/血清）、碱性成纤维细胞生长因子及其肽段（bFGF/bFGF peptides，PBS/T）、互补寡核苷酸（complementary oligonucleotide，杂交缓冲液）、D1.3 Fv 抗体片段（D1.3 Fv，E. coli 发酵液）、金黄色葡萄球菌细胞（Staphylococcus aureus，PBS）、表达 CEA 的 L 细胞（CEA-bearing L cells，PBS/BSA）、人 IgG（human IgG，PBS/T）
检测原理
共振镜由高折射率 SF10 棱镜、低折射率 SiO2 间隔层和单模 Si3N4 波导层组成。光以大于临界角入射时，通过间隔层倏逝场耦合进入波导；在共振角处发生偏振旋转，经输出偏振器后在 CCD 上形成尖锐峰。识别元件固定在波导表面，目标物结合后置换水分子，改变倏逝场内的局部折射率和有效光程，使共振角或共振波长移动。结合量越大，峰位移越大，因此可实时监测结合/解离并拟合 kass、kdiss 和 KD。对小分子直接响应不足时，可采用竞争法（如茶碱与茶碱-蛋白偶联物竞争抗体）或胶体金标记复合物增加表面质量，文中称胶体金增强约 1000 倍。温度控制和参考通道用于扣除基线漂移。
检测灵敏度
LOD: 0.4 pg/mm2 (standard, matrix cuvettes); 0.1 pg/mm2 (enhanced, matrix cuvettes); 0.14 pg/mm2 (standard, planar surfaces); 0.04 pg/mm2 (enhanced, planar surfaces)；灵敏度: 200 arcsec = 1 ng/mm2 (matrix surfaces), 600 arcsec = 1 ng/mm2 (planar surfaces)；胶体金增强: approximately 1,000-fold
效应效果
该传感器可无标记实时监测生物分子相互作用，具有表面特异性与可再生性。茶碱竞争法在 PBS/T 和血清中建立校准曲线；bFGF-肝素 KD 为 84±55 nM，肽段为 30±4 μM，Kass 为 9.3±2.5×10−4 和 4±0.16×10−2 M−1s−1。核酸杂交互补链有共振位移，非互补链无结合。金黄色葡萄球菌 Cowan-1 经蛋白 A 与人 IgG 结合，Wood-46 无显著结合，BSA 对照阴性；胶体金三明治法响应提高约 1000 倍。蛋白 A-IgG 动力学常数为 ka=1.13×10^5 M−1s−1、kd=1.83×10−4 s−1。适用于临床诊断、生物安全、药物研究及发酵监测。
传感器的构成
- 基底/换能器：Schott SF10 高折射率玻璃棱镜（n=1.72），作为光耦合与传感基底
- 低折射率间隔层：约550 nm 二氧化硅（SiO2，n=1.45），形成倏逝场并耦合光进入波导
- 单模波导/传感层：约80 nm 氮化硅（Si3N4，n=2.0），作为高折射率共振层和传感表面
- 功能化修饰层：CMD 羧甲基葡聚糖三维水凝胶（约200 nm，MW≈500,000，含羧基）或氨基硅烷（AS）、羧基、生物素、疏水、未衍生化表面，用于固定识别元件
- 识别元件：依应用选择抗体（IgG、anti-CEA、anti-FLAG、anti-theophylline MAb）、金黄色葡萄球菌蛋白A、生物素化肝素、生物素化寡核苷酸、NTA-Ni 或脂质单层，用于特异性结合目标物
- 信号标记/放大：30 nm 胶体金-蛋白复合物（colloidal gold-protein complex），结合后增加表面质量与折射率响应
- 封闭剂：BSA、β-casein、1 M ethanolamine（pH 8.5）或 1 mM Tris（pH 8.0），封闭未反应位点并降低非特异结合
- 样品池/微流控：带生物相容涂层的 cuvette，配振动搅拌器（126 Hz）和真空抽吸系统，用于样品输送、传质与基线稳定
中文摘要
本章系统介绍共振镜（resonant mirror, RM）生物传感器的原理、仪器、表面固定化化学、动力学测量及典型应用。RM 是基于漏波导的光学生物传感器，由高折射率棱镜、低折射率间隔层和单模波导层构成，利用倏逝场探测传感表面折射率变化。当溶液中的分析物与固定在波导表面的生物特异性配体结合时，表面质量与局部折射率改变，使共振角或共振波长位移，从而在无标记条件下实时监测结合与解离。文中介绍了角度扫描和波长扫描两种构型、样品池、振动搅拌、温度控制、数据采集与拟合软件，以及标准/增强型仪器的表面质量检测限。同时详述羧甲基葡聚糖（CMD）、氨基硅烷、羧基、生物素、疏水和未衍生化表面的固定化方法，包括 EDC/NHS 酰胺偶联、Sulfo-SMCC 硫醇偶联、戊二醛交联、亲和素/链霉亲和素-生物素捕获、NTA-Ni 捕获 His 标签、FLAG 抗体捕获、脂质单层制备和胶体金增强。应用涵盖茶碱竞争检测、bFGF-肝素识别、核酸杂交、发酵产物监测、细菌细胞分型、受体-细胞相互作用及结合动力学测定。
英文摘要
The resonant mirror (RM) biosensor is a leaky waveguide-based instrument that uses the evanescent field to probe changes in the refractive index at the sensing surface.The RM can therefore be used to monitor in real-time and label-free the interaction between an analyte in solution and its biospecific partner immobilized on the waveguide surface.The RM has been used in studying the interaction of a variety of moieties including proteins, carbohydrates, cells, nucleic acids and receptors, leading to applications in areas such as clinical diagnostics, homeland security, and pharmaceutical and biomolecular interactions. This chapter will review the principle of this biosensor, and the recent advances in instrumentation, different immobilization chemistries, and kinetic studies, as well as some applications.