【正文】 值，由工作曲線求出 CN濃度。 利用 LSPR 傳感器檢測有機(jī)磷殺蟲劑 液相和 氣相色譜分析是檢測有機(jī)磷殺蟲劑的常用方法，但是這些方法需要很長 時間 ， 并且需要進(jìn)行 繁瑣 的樣品預(yù)處理。這里介紹的方法是使用金納米粒子同 乙酰膽堿酯酶 (AChE)共價耦合的 LSPR 生物傳感器來檢測對氧磷樣品 。 將經(jīng)過 AChE 修飾 的 LSPR 傳感器浸泡在 的 ACh 溶液中，可以檢測的范圍是 1~100ppb，它 具有高靈敏度和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。 ACh 和 AChE 的反應(yīng) 通過破 21 壞 AChE 絲氨酸中的 氫氧 鍵進(jìn)行。經(jīng)過 ACh 修飾 的 LSPR 傳感器（在 PH 為 的 ）具有最好的線性響應(yīng)。傳感器 表面產(chǎn)生 14%的抑制作用 ， 這 相當(dāng)于 讓 對氧磷濃度 在 1 到 100pp范圍內(nèi)發(fā)生改變 。傳感器在 500ppb 對磷酸的條件下經(jīng)過 6 個循環(huán)后， 可以 保留原有 活性 的 94%，它可以通過 的 2PAM 再生。此外，傳感器在 4176。C 的干燥條件下可以保留活性 60 天。 LSPR 傳感器在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用 以氯金酸氧化還原反應(yīng)為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)病人血清樣本中的葡萄糖 LSPR傳感探測 HAuCl4 與葡萄糖在堿性 介質(zhì) 中 經(jīng)過 熱 激活 氧化還原反應(yīng) 可以 形成 金納米粒子 結(jié)構(gòu) ，它 可以通過測量等離子體共振吸收， LSPR， 以及透射電鏡 (TEM)圖像來 進(jìn)行分析判定 ，因?yàn)?金納米粒子 的結(jié)構(gòu)可顯示特有的等離子體共振吸收帶和相應(yīng)的 LSPR 信號。研究 結(jié)果 發(fā)現(xiàn) ， 使用 普通熒光 分光 計可以方便的探測到產(chǎn)生的 LSPR 信號 。隨著葡萄糖濃度增加， LSPR 的強(qiáng)度同在 到 范圍 內(nèi) 葡萄糖 的 含量 成線性響應(yīng)。 這是一種 新 的 葡萄糖檢測方法 ，它 的探測 極限 是 ，并且 在糖尿病患者的血清樣本中 可以很容易地 進(jìn)行 這種 葡萄糖檢測 。研究表明反應(yīng)的活化能 是 kJ/mol， 摩爾比率 為 3:2。 在容積為 的搖瓶中分別加入 BR 緩沖液 (pH 值 )， 濃度為 ，適當(dāng)體積的葡萄糖溶液以及 尺寸為10nm 的金納米粒子 (1/10,000)。均勻混合這些溶液，并將溶液均勻稀釋到所需濃度。接下來，將 此混合溶液在 373K 的 溫度下放置 5 分鐘，然后冷卻到室溫。 在 200 到 700nm 區(qū)域內(nèi) （即 Δλ=0） 同時掃描 F4500 熒光分光計的激勵 波長和 輻射 波長， 即可 獲得 LSPR 光譜。 測量過程中， 熒光分光計的激勵和輻 射的狹縫寬度是 。因此，選擇 420nm 作為吸收和散射光譜的起始位置可以更加清晰的觀察到結(jié)果光譜的紅移。 使用基于 LSPR 的納米芯片蛋白質(zhì)的無標(biāo)記監(jiān)測 在抗體固定在多 組 芯片 上之 后， 利用納升 調(diào)劑 系統(tǒng) 將 不同濃度的抗原溶液 22 （從 0 到 100μg/mL） 導(dǎo)入到 300 個點(diǎn)位上 ， 靜置 30 分鐘（圖 12）。 注意， 在這個過程中 ， 總 樣品 的 體積 在 減少 ，不同的 點(diǎn)位 上對應(yīng)的 100nL 抗原 樣品溶液的濃度不同。點(diǎn)位上的 反 應(yīng) 要 持續(xù) 30 分鐘 。接下來， 立 刻 用 1%的 Tween20溶液 沖洗 ，這樣可以 抑制非 特異性 吸收。 我們可以 計算 得到 芯片的光學(xué)特性 。在 室溫 下 ， 整個 吸收光譜 從 400800nm 在 紫外 可見 光 分光計上排列。光纖 束 中的 白光 沿垂直方向入射到納米芯片 上 。 反射光 被 耦合入 光纖 束的光纖探針 ，它可以 通過紫外 可見 光 分光計 進(jìn)行 分析。從納米芯片表面獲得 的 數(shù)值 結(jié)果 表明特異 吸收 強(qiáng)度 的改變 直接 由 在點(diǎn)位上所使用的抗原濃度 決定 。 圖 12： 基于 LSPR的 多組 納米芯片的 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 使用 LSPR 的重組細(xì)胞蛋白質(zhì)表達(dá)分析 金納米島薄膜的平均厚度為 73nm。 它 的制備主要是利用 電子束蒸發(fā)低沉積率的金膜，然后對 已使用 硫醇處 理過的玻璃 基底進(jìn)行熱處理。金納米島芯片可以作為無標(biāo) 記 光學(xué)傳感器 。 金納米島 基于 LSPR 技術(shù) 并被 修飾 為 親和表面 ，可以用于檢測蛋白質(zhì)分子層。在濃度低至 30ng/ml 的生物素與金納米島表面結(jié)合的 鏈霉親和素 (STA)層可以通過正常的傳導(dǎo)光譜測量。通過 ATR 圖像測量，我們通過金納米島井芯片證明了重組細(xì)胞 谷胱甘肽 s轉(zhuǎn)移酶 (GST)和 人白細(xì)胞介素 6(hIL6)之間的反應(yīng) ，在不同稀釋程度的原生細(xì)胞溶解產(chǎn)物可以直接分析出來，它可以分析 。具有 ATR 圖像測量功能的金納米島芯片可以作為一種簡單有效的生物傳感器，它可以應(yīng)用在多重篩選的重組蛋白質(zhì)中。 23 下面使用 生物素 對 金納米島表面 進(jìn)行 修飾 。 室溫下 ，把 金納米島在含有 生物素 HPDP 的純乙醇溶液中擱置 4 小時，表面即可形成生物素HPDP(Pierce, USA)的自組裝單層膜。接下來將金納米島芯片清洗干凈并風(fēng)干。用磷酸鹽緩沖鹽水 (PBS)（ pH 值為 ）將鏈霉親和素稀釋為不同的 STA 溶 液濃度。 在經(jīng)過生物素修飾 的金納米島芯片上滴落 100μL 的 STA 溶液，為了避免溶液蒸發(fā)，要將芯片置于密閉的培養(yǎng)皿中。在 25176。C 下放置 3 小時后，芯片 用PBS 沖洗 5 次。 STA 分子束縛在經(jīng)過生物素修飾 的芯片表面上， 這 導(dǎo)致金納米島光譜發(fā)生改變，使用 DU800 分光光度計即可 觀察到。 10． LSPR 傳感器技術(shù)的商業(yè)化 多項研究結(jié)果表明， 基于 LSPR 的 光纖生物傳感器 ， 可 不使用 ATR 光學(xué)技術(shù) ，它的 靈敏度 能夠 達(dá)到 微米 量級 以 內(nèi) 。這種傳感器 建立在 光學(xué)纖維的端面上 ，具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)容易操作； (2)可以探測小量樣品如蛋白質(zhì)溶液。這 種生物傳感器對于折射率的靈敏度很高， 大約 是在 210?5RIU 左右 ，類似于傳統(tǒng)的 SPR傳感器。 對貴金屬納米粒子的 LSPR 傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，這類傳感器顯示了很大的潛力。以 金納米棒傳感器 為例，它 具有 如下 兩個特點(diǎn)： (1)這種傳感器 能夠利用非 光刻方法實(shí)現(xiàn) 重復(fù) 制造， 即 臨床診斷 中所需成本 能夠大幅 降低 ；(2)它的 測量方法 主要 基于 光譜 的 移動 ， 而 如果 非 特異性結(jié)合 被減為最小 ， 基于LSPR 波長的傳感器在血清中的探測極限 可以 達(dá)到皮摩爾 量級 。 醫(yī)學(xué)報告顯示 ，牛奶過敏癥目前 已經(jīng)成為 對 當(dāng)今社會 人類健康危害程度很大 的一種疾 病 ，它的癥狀表現(xiàn)為呼吸困難， 并 伴有皮疹 以及腹痛 出現(xiàn) ， 而孩童為這種病癥的高發(fā)人群 。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， 金納米粒子的 LSPR 免疫傳感器可以檢測牛奶樣品中的酪蛋白過敏原。 因此，這種檢測設(shè)備不僅在醫(yī)用過敏診斷中具有很大的作用， 基于 LSPR 的生物傳感器還有可能 發(fā)展 成為 高集成的 食物 安全監(jiān)控 系統(tǒng)。 基于 LSPR 的傳感器 制作 方法和建立的 光學(xué)系統(tǒng) 均十分 簡單，成本 比 SPR 和 ELISA 系統(tǒng)要低 很多 。 所以 我們 可以預(yù)見 ，如果 這一技術(shù) 得以投入市場應(yīng)用，它必將 具有很高的 商業(yè) 價值 。 綜上所述 ，基于 LSPR 技術(shù)的傳感器 與 傳統(tǒng) SPR 傳感器的作用 相當(dāng) ， 而 它的 性價 比 卻 有 超 出 SPR 傳感器 的趨勢 。 LSPR 傳感器的靈敏度和探測極限 高，系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單， 集成度高， 制作 工藝簡單， 操作方便 ， 而 在造價和成本上卻遠(yuǎn) 24 遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的 SPR 傳感器。因此 ， 可以預(yù)見的是， 基于 LSPR 的 傳感器 在 醫(yī)療診斷，實(shí)時探測等 方面將會 具有很廣闊的商業(yè)化前景， 它 代表著 傳感器向便攜式和簡單化發(fā)展的一個方向。 11． LSPR 傳感器的未來發(fā)展趨勢 功能化的納米金和銀粒子的增強(qiáng)作用，因納米材料固有的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等使其呈現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)。同時金納米粒子具有良好的生物兼容性，易 同 DNA分子雜交結(jié)合。所有這些性質(zhì)構(gòu)成了它們在分子生物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和生物芯片中應(yīng)用的基礎(chǔ)，同時也為 DNA計算機(jī)的開發(fā)帶來了光明的前景，因此它們也是生命科學(xué)中分析化學(xué)研究的重要組成部分和當(dāng)今發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。 診斷學(xué)中未來的發(fā)展方向?qū)^續(xù)追求納米量級的生物芯片技術(shù)的小型化?；?LSPR 的 多 通道 納米芯片可以方便地 實(shí)現(xiàn)在并行結(jié)構(gòu)下生物分子相互作用的特定高靈敏度無標(biāo)記方法探測， 而 且成本 十分 低 廉 。 在 透射或反射幾何配置的無偏振、紫外 可見 消光光譜 等 測量 的應(yīng)用中 ， LSPR 納米傳感器配套設(shè)備體積小、重量輕、堅固耐用、成本低 廉、方便攜帶，而 操作方法即使非專業(yè)人員也容易掌握并實(shí)踐 。 值得 注意的是，基于 LSPR 的納米芯片的造價，包括光學(xué)儀器的造價，要比常規(guī) SPR 系統(tǒng)低廉。這種技術(shù)將拓展當(dāng)前分子診斷學(xué)和尖端診斷學(xué)的極限并促進(jìn)人體用藥物的發(fā)展。生物傳感應(yīng)用的多 通道 潛力使得生物標(biāo)記研究，癌癥診斷，以及傳染微生物免疫抗體檢測具有最優(yōu)化的潛力?；?LSPR 的 多通道 納米芯片 實(shí)現(xiàn) 了 檢測 方法 的高 通用 性 ， 它 可以應(yīng)用于其它種類的生物鑒定，如 在 代謝組學(xué)和細(xì)胞組學(xué)中 的應(yīng)用 。 在選擇性和靈敏度方面的進(jìn)一步改進(jìn)后， LSPR 生物傳感器很有 可能 取代傳統(tǒng)方法成為一種新 的經(jīng)濟(jì)的探測工具，在現(xiàn)場測量和醫(yī)療診斷等方面具有很好的應(yīng)用前景。放眼未來，我們期待這種方法可以成為攻克各種復(fù)雜病癥的重要工具，如老年癡呆癥等。 金納米粒子的 SPR 散射和吸收經(jīng)過強(qiáng)烈放大后，能夠用于生物和細(xì)胞成像為基礎(chǔ)的癌癥診斷以及光熱轉(zhuǎn)換的癌癥治療中，這是一種新穎且十分有效的方法 [114119]。利用人工手段合成納米粒子與靶項受體在癌細(xì)胞上過度表達(dá)的抗體，從而可實(shí)現(xiàn)分子特定成像和癌癥治療 [114,115,117119]。通過利用適當(dāng)?shù)陌许棽呗?，這種成像或治療方法能夠適用于多種癌癥 以及 其他的疾病。 25 盡管免 疫導(dǎo)向金納米粒子在癌癥成像與治療中的最初嘗試性應(yīng)用獲得了成功，這種方法依然有很多因素需要進(jìn)一步的優(yōu)化。優(yōu)化的主要方面有納米粒子吸收和散射的截面，靶項抗體同納米粒子的結(jié)合，以及納米粒子生物復(fù)合的靶位點(diǎn)。 盡管很多研究都是針對單層細(xì)胞展開，但是在實(shí)際應(yīng)用中還需要對納米粒子藥物代謝動力學(xué)上的研究，包括血流量，滲透行為，腫瘤擴(kuò)散，生理反應(yīng)，納米粒子的穩(wěn)定性，等等 [120123]。 并且，還有必要研究這些因素對納米粒子的尺寸，表面化學(xué)作用，以及傳輸模式的依賴性。 還有，將近紅外光施加到不同癌癥的感染細(xì)胞上的最有效方法也需 要進(jìn)一步的研究。納米粒子輔助光熱調(diào)制裝置對細(xì)胞的損害也并沒有完全的解釋，依然需要進(jìn)一步的研究。在所有這些方面的系統(tǒng)研究是等離子體納米粒子在癌癥探測和選擇性光熱調(diào)制治療醫(yī)用設(shè)備中的成功應(yīng)用的前提條件。 12． 總結(jié) 近年來， LSPR 技術(shù)由于其獨(dú)特的性質(zhì)得到了廣泛的關(guān)注和研究。這篇論文綜述了 LSPR 技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r并且討論了以此技術(shù)為基礎(chǔ)的傳感器的應(yīng)用和測試。總體說來，通過 LSPR 傳感器在各領(lǐng)域如物理，化學(xué)，生物方面對于小量分子或高靈敏度物質(zhì)的探測，我們可以得知 LSPR 技術(shù)具有相當(dāng)大的潛力。同時，通過 LSPR 為基礎(chǔ)的器件的研究和開發(fā)，以及在實(shí)驗(yàn)方面所嘗試的應(yīng)用實(shí)例的介紹，我們可以想象， LSPR 技術(shù)以及基于 LSPR 的生物傳感器技術(shù)將會極大地促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的監(jiān)測學(xué)和診斷學(xué)的發(fā)展。由于基于 LSPR 技術(shù)的各類傳感器和傳感芯片所需配合儀器便于攜帶，操作簡單，成本低廉，而靈敏度卻很高，可以預(yù)見的是，這種傳感技術(shù)將會具有相當(dāng)可觀的商業(yè)前景， 而 對于其的后續(xù)研究和改進(jìn)完善工作也是十分必要的。對于 LSPR 技術(shù)及其相關(guān)傳感技術(shù)的研究存在著深遠(yuǎn)的意義。 26 參考文獻(xiàn) [1] Haynes C. 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