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
山羊抗人IgG（GaHIgG）；样品基质：PBS缓冲液
检测原理
该传感器采用无标记LSPR吸收机制。U形弯曲光纤在弯曲区产生较强倏逝场，使固定在光纤表面的~40 nm GNP发生局域表面等离子共振，并在540 nm附近产生特征吸收。当HIgG识别层与GaHIgG结合时，免疫复合物在GNP表面附近增加，使GNP微环境有效折射率升高，LSPR吸收强度随之增大。GaHIgG浓度越高，结合量越多，540 nm吸收变化越大。弯曲结构通过增加倏逝场穿透深度放大吸收响应，最终由LED光源和光纤光谱仪实时读取吸收变化。
检测灵敏度
LOD: 0.8 nM；线性范围: 1.33–1.35 RIU；灵敏度: 35.19 A540nm/RIU (0.75 mm), 28.98 A540nm/RIU (0.5 mm)；R^2 = 0.9976 (0.75 mm), 0.9979 (0.5 mm)；分辨率: 3.8 × 10−5 RIU (0.75 mm), 5.2 × 10−5 RIU (0.5 mm)
效应效果
该探针在PBS中实现了GaHIgG的实时监测，最低可检测0.12 μg/mL（0.8 nM）。选择性方面，兔IgG固定探针在6 μg/mL GaHIgG下的非特异吸收上升小于0.12 μg/mL特异性结合响应的一半。重复性方面，HIgG固定和BSA封闭引起的吸收变化分别为0.1±0.006和0.005±0.001，GaHIgG饱和响应为0.15±0.02。作者指出其RI灵敏度比GNP覆盖玻璃nanoSPR传感器高约30倍，分辨率比直光纤LSPR探针高约15倍，且制备简单、成本低，适合资源匮乏地区和现场检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：U-bent fiber optic probe（200 μm直径、NA 0.37、弯曲半径0.75 mm或0.5 mm），导光并在弯曲区增强倏逝场吸收
- 表面活化层：sulphochromic solution处理生成Si-OH，再用aminosilane（N-[3-trimethoxysilyl]propyl ethylenediamine）硅烷化，提供氨基结合位点
- 纳米材料修饰层：~40 nm gold nanoparticles（GNP，HAuCl4/柠檬酸还原法），通过氨基结合形成LSPR吸收层
- 识别元件：cystamine（HS-C2H4-NH2）和glutaraldehyde交联固定human IgG（HIgG）抗体
- 封闭层：BSA（2 mg/mL）封闭非特异结合位点
- 信号事件：GaHIgG（无标记分析物）结合HIgG，增加GNP周围有效折射率
- 读出层：LED光源与fiber optic spectrometer，在540 nm读取吸收变化
中文摘要
本研究开发了一种适用于资源匮乏地区的光学吸收型生物传感器。该传感器以U形弯曲光纤探针作为高效光学换能器，利用固定在光纤表面的金纳米颗粒（GNP）的局域表面等离子共振（LSPR）吸收特性，实现对折射率变化的敏感测量。U形探针通过简单工艺制备，其弯曲结构可增强倏逝场穿透深度，从而提高吸收灵敏度。实验表明，光纤结合GNP的LSPR吸收在折射率1.33–1.35范围内呈线性响应；直径200 μm、弯曲半径0.75 mm的探针在540 nm处灵敏度为35 A/RIU，分辨率达3.8×10−5 RIU。作者进一步以IgG–抗IgG体系演示了无标记生物传感，证明该探针可用于抗体结合事件的实时监测，具有结构简单、成本低廉和便于现场检测的潜力。
英文摘要
The aim of this study is to develop an optical absorbance based biosensor suitable for wide scale use in resource-poor locales. A sensor for sensitive measurement of refractive index (RI) with the help of optical absorbance properties of gold nanoparticles (GNP) coupled to an efficient optical transducer in the form of a U-bent fiber optic probe is described. A U-bent probe was fabricated by a simple procedure. The absorbance due to the localized surface plasmon resonance (LSPR) of fiber-bound GNP was found to be linear to refractive index changes between 1.33 and 1.35. A U-bent probe of 200 microm diameter with a bend radius of 0.75 mm gave rise to a sensitivity of 35 DeltaA/RIU at 540 nm. The resolution of the sensor probe was 3.8x10(-5) RIU. Label-free biosensing was demonstrated using these probes with the help of IgG-anti IgG as bioreceptor-analyte pair.