SPR和LSPR傳感器的最新研究成果

高傳染性病毒對生命安全和社會運行有重大的威脅，快速靈敏的病毒檢測是防止病毒爆發(fā)的首要手段。基于表面等離子體共振（SPR）和局域表面等離子體共振（LSPR）技術的生物傳感器具有快速、高靈敏等特點，在臨床病毒檢測上有巨大的應用潛力。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，來自南京理工大學電子工程與光電技術學院的研究人員從抗體、抗原、核酸和病毒顆粒這四類傳感器捕獲物入手，基于四種病毒檢測方法，綜述了SPR和LSPR傳感器的最新研究成果，并以綜述論文形式發(fā)表于《中國激光》期刊。

圖1 基于SPR或LSPR技術的病毒檢測方法

就目前的研究進展來看，基于抗原-抗體特異性結合原理的SPR或LSPR傳感器的研究重心在抗原或抗體修飾物的篩選、抗原和抗體結合能力的評估以及抗體修飾物的替代等方面。在大量研究中，研究人員意圖尋找針對某種病毒檢測的最優(yōu)識別元件，以提高傳感器的檢測性能、降低成本、增加可重復性等。

金納米棒（AuNRs）常作為等離子體納米換能器在LSPR病毒抗體檢測中得到應用，AuNRs相對于球形AuNPs，其額外的縱向等離子體帶對周圍環(huán)境的介電特性變化高度敏感，且靈敏度隨著納米棒縱橫比的增加而增加。

圖2 利用AuNRs檢測病毒

此外，有研究人員通過將AuNPs異質組裝在載玻片表面上，制造了傳感芯片，AuNPs單層和單一AuNP構成免疫夾心結構，芯片和AuNP之間的近場電子耦合可放大SPR響應信號，該夾心結構對乙肝病毒表面抗原（HBsAg）的檢測限比單一異質組裝AuNPs芯片高100倍，在臨床人血清樣品中展示了10pg/mL~10ng/mL的檢測范圍，該傳感器工作示意圖如圖3所示。

圖3 LSPR生物傳感器芯片工作示意圖

傳統(tǒng)SPR或LSPR傳感器對臨床病毒核酸樣本的檢測效果并不理想，需要結合DNA擴增、熒光物質等增益手段才能實現(xiàn)低濃度核酸樣本的檢測。對于優(yōu)化策略，SPR傳感器主要聚焦于膜層材料增敏和金屬粒子耦合增敏；LSPR傳感器的優(yōu)化策略的重心則是AuNPs、AuNRs等納米粒子或納米結構的設計和優(yōu)化，常結合量子點（QDs）等熒光物質形成探針，通過光吸收峰偏移或熒光光強變化檢測病毒。此外，聚合物刷和可替換磁珠能夠有效解決傳感器生物介質污染和重復性差等問題。

圖4 LSPR結合QDs增強靈敏度

病毒蛋白抗原和病毒核酸的檢測都需要從病毒中分離目標物或者在血清中對目標物進行純化處理，而病毒顆粒的直接檢測可以縮短樣品的前處理時間。利用LSPR對熒光半導體QDs的熒光增強或淬滅效應來提高病毒傳感器的靈敏度已有較多應用。

近年來，日本研究團隊通過結合AuNPs與QDs來檢測病毒顆粒，通過在AuNPs和CdSeTeS合金核量子點粒子表面分別修飾抗神經(jīng)氨酸酶（NA）抗體和抗血凝素（HA）抗體，實現(xiàn)了兩種粒子在病毒表面的偶聯(lián)，病毒表面AuNPs誘導的LSPR效應增強了相鄰QDs的熒光強度，熒光強度與目標病毒濃度變化成正比，從而實現(xiàn)了質量濃度低至0.03pg/mL的H1N1病毒的檢測，并在H3N2和諾如病毒檢測中也取得了較好效果。

圖5 金納米顆粒-熒光量子點傳感探針

總體來說，SPR和LSPR傳感器在目標選擇靈活性、檢測時間及檢測限方面較ELISA和PCR存在一定優(yōu)勢。但是SPR和LSPR技術的臨床化和產(chǎn)業(yè)化仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先需要考慮傳感器整體的小型化和便攜化；其次，要解決傳感器芯片的保存問題；最后，需要降低傳感器芯片的成本。可以預見，由于SPR和LSPR病毒傳感器修飾物的多樣性，未來或許可以通過傳感器識別元件的集成化同時針對多種目標分析物進行特定病毒檢測，在短時間內多維度評估病毒的感染情況，避免假陰性和假陽性案例的出現(xiàn)。

論文信息：
DOI：10.3788/CJL202249.1507401

審核編輯 ：李倩