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
β-内酰胺酶（β-lactamase）；样品基质：PBS/生理盐水（实验为 700 nM PBS，校准用水/蔗糖溶液）
检测原理
该传感器利用 BK7 鸽棱镜在 72.8° 全内反射角下激发玻璃片上 48 nm Au 膜的表面等离子体共振。宽带光经激发光纤、准直和偏振后进入棱镜，反射光由收集光纤送入微型分光光度计，通过 SPR 共振波长位置读出界面折射率变化。Au 表面经 NHS-MHA 自组装层固定抗 β-内酰胺酶抗体，当样品中的 β-lactamase 与抗体结合时，传感界面有效折射率增加，导致 SPR 共振峰向长波方向位移；结合量越大，波长位移越大。系统采用多波长同时采集，并用最小值搜索或 (a−b)/(a+b) 算法定位共振峰，再经奇异值分解（SVD）降噪，从而提高低浓度生物结合事件的分辨率。该过程为无标记直接检测，无酶或核酸放大。
检测灵敏度
RI 灵敏度: 1765 ± 100 nm/RIU（1.33–1.35 RIU）；(a−b)/(a+b) 灵敏度: 12.5 RIU^-1；RI 分辨率: 3×10^-6 RIU（原始 minimum hunting）、1×10^-6 RIU（SVD）、9×10^-7 RIU（(a−b)/(a+b) 原始）、1.5×10^-7 RIU（SVD）；RI 可测范围: 1.32–1.39 RIU（550–850 nm）、1.32–1.42 RIU（550–1100 nm）
效应效果
PBS/水交替 4 次循环中，minimum hunting 波长位移 2.470±0.011 nm，SVD 后 2.482±0.021 nm；(a−b)/(a+b)+SVD 响应 0.0257±0.0002，流动池重现性 <1%（n=4）。700 nM β-lactamase 检测：minimum hunting 原始 0.17±0.03 nm（相对误差 21%），SVD 后 0.127±0.005 nm（3.9%）；(a−b)/(a+b) 原始 6.4±0.8×10^-4（13%），SVD 后 4.05±0.15×10^-4（3.7%）。SPR 成像获得 500 nL 水液滴图像，吸收 0.12。作者认为该平台兼具便携、成像与高分辨 SPR 优势，可用于抗生素耐药性 β-lactamase 检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃片（glass slide）沉积 5 nm Cr 粘附层和 48 nm Au 膜，作为 SPR 金属传感界面。
- 光学耦合层：BK7 dove prism 与折射率匹配油（RI=1.5150），以 72.8° 全内反射激发表面等离子体。
- 识别元件：NHS-MHA 自组装单分子层（N-hydroxysuccinimide ester of 16-mercaptohexadecanoic acid），在 Au 表面提供羧基功能化。
- 识别元件：抗 β-内酰胺酶抗体（anti-β-lactamase），固定于 NHS-MHA 层，特异性结合 β-lactamase。
- 封闭剂：乙醇胺盐酸盐（ethanolamine hydrochloride，1 M，pH 8.5），封闭未反应位点。
- 样品输送：Teflon 流体细胞与注射泵，输送 PBS 和样品；也可无流动扩散模式。
- 信号读出：微型分光光度计（550–850 nm 或 550–1100 nm）或 620±10 nm 带通滤光片加 CCD 相机，读取 SPR 波长位移/图像。
中文摘要
本文报道了一种基于鸽棱镜（dove prism）的波长扫描式表面等离子共振（SPR）生物传感器。BK7 鸽棱镜可将准直光束成像反转，其全内反射角为 72.8°，该角度可激发 SPR，因此同一光学平台既能进行波长扫描式 SPR 生物传感，也可进行 SPR 成像。该构型在各光学元件间采用单轴光路，简化仪器设计而不牺牲分析性能，并集成流体池用于样品输送。作者对仪器的折射率灵敏度、分辨率、重现性及低浓度生物事件监测进行了表征。原始数据经最小值搜索处理可获得 10^-6 量级折射率分辨率，经奇异值分解（SVD）预处理后分辨率提高约一个数量级。根据所用微型分光光度计，可测折射率范围分别为 1.32–1.39 RIU（550–850 nm）和 1.32–1.42 RIU（550–1100 nm）。该传感器用于监测 β-内酰胺酶的低浓度结合，并获得了 500 nL 水液滴的 SPR 图像，兼具便携 SPR、SPR 成像和研究级 SPR 的优势。
英文摘要
Wavelength interrogation surface plasmon resonance (SPR) spectroscopy using a dove prism combines a simple and inexpensive optical design with high-resolution refractive index monitoring and biosensing. A BK7 dove prism inverts an optical image with a total internal reflection angle of 72.8 degrees , an angle active in SPR. Hence, a unique system can accomplish SPR biosensing using wavelength interrogation and also perform SPR imaging. This optical configuration advantageously uses a single axis optical path between each optical component, simplifying the optical design of SPR instruments without compromise of the analytical performance. Fluidics were also incorporated to the instrument design for efficient sample delivery. The SPR instrument is characterized in terms of refractive index (RI) sensitivity, RI resolution, reproducibility, and application for monitoring low concentration biological events. Data analysis methodologies are compared for improved resolution of the measured response. Raw data analyzed using a minimum hunting procedure results in RI resolution in the 10(-6) range, while pre-treating data with singular value decomposition improves the resolution by one order of magnitude. Depending on the spectrophotometer employed, the RI range accessible can be easily tuned; examples with a 550-850 nm and a 550-1100 nm spectrophotometers are shown and results respectively in RI ranges of 1.32-1.39 RIU and 1.32-1.42 RIU. Monitoring of microM concentration of beta-lactamase is performed using the wavelength interrogation configuration of the biosensor. Finally, a SPR image of a surface with a water droplet (volume=500 nL) was obtained using the dove prism SPR with a band pass filter and a CCD camera. SPR using a dove prism configuration combines advantages of portable SPR instruments, SPR imagers and research-grade SPR instruments in a unique platform.