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(huì)運(yùn)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?；诒砻娴入x子體共振（SPR）和局域表面等離子體共振（LSPR）技術(shù)的生物傳感器具有快速、高靈敏等特點(diǎn)，在臨床病毒檢測上有巨大的應(yīng)用潛力。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，來自南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)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(shù)的病毒檢測方法

就目前的研究進(jìn)展來看，基于抗原-抗體特異性結(jié)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(jié)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(shí)別元件，以提高傳感器的檢測性能、降低成本、增加可重復(fù)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(yīng)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(zhì)組裝在載玻片表面上，制造了傳感芯片，AuNPs單層和單一AuNP構(gòu)成免疫夾心結(jié)構(gòu)，芯片和AuNP之間的近場電子耦合可放大SPR響應(yīng)信號(hào)，該夾心結(jié)構(gòu)對乙肝病毒表面抗原（HBsAg）的檢測限比單一異質(zhì)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(jié)合DNA擴(kuò)增、熒光物質(zhì)等增益手段才能實(shí)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，常結(jié)合量子點(diǎn)（QDs）等熒光物質(zhì)形成探針，通過光吸收峰偏移或熒光光強(qiáng)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(zhì)污染和重復(fù)性差等問題。

圖4 LSPR結(jié)合QDs增強(qiáng)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(biāo)物或者在血清中對目標(biāo)物進(jìn)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(shí)間。利用LSPR對熒光半導(dǎo)體QDs的熒光增強(qiáng)或淬滅效應(yīng)來提高病毒傳感器的靈敏度已有較多應(yīng)用。

近年來，日本研究團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合AuNPs與QDs來檢測病毒顆粒，通過在AuNPs和CdSeTeS合金核量子點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了兩種粒子在病毒表面的偶聯(lián)，病毒表面AuNPs誘導(dǎo)的LSPR效應(yīng)增強(qiáng)了相鄰QDs的熒光強(qiáng)度，熒光強(qiáng)度與目標(biāo)病毒濃度變化成正比，從而實(shí)現(xiàn)了質(zhì)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(diǎn)傳感探針

總體來說，SPR和LSPR傳感器在目標(biāo)選擇靈活性、檢測時(shí)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(shù)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(yù)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(shí)別元件的集成化同時(shí)針對多種目標(biāo)分析物進(jìn)行特定病毒檢測，在短時(shí)間內(nèi)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