李雪萌（廣東醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，廣東東莞 523808）

自1962 年首個生物傳感器誕生以來，越來越多的研究者開發(fā)出了各式各樣的生物傳感器，并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品、環(huán)境以及農(nóng)業(yè)等不同的領(lǐng)域[1-4]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，納米技術(shù)被引入生物傳感器中，構(gòu)建了更靈敏、更穩(wěn)定和更具生物相容性的納米生物傳感器。其中，等離子體納米生物傳感器是一種基于金屬納米粒子的局域表面等離子體共振（localized surface plasmon resonance，LSPR）效應(yīng)所構(gòu)建的光學(xué)生物傳感器[5]。作為一種新型傳感器，等離子體納米生物傳感器在醫(yī)學(xué)、生物工程以及食品安全等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用性[6-7]。在所有等離子體納米粒子中，金納米粒子（Au nanoparticle，AuNP）和銀納米粒子（Ag nanoparticle，AgNP）已廣泛用于LSPR 生物傳感中[8]。因此，本文將從等離子體納米生物傳感器的光學(xué)原理、常見檢測體系、基于AuNP 和AgNP 的LSPR 生物傳感器在不同病原體檢測中的應(yīng)用以及優(yōu)化策略等方面展開介紹。

1 等離子體納米生物傳感器的LSPR 光學(xué)原理

1857 年，英國科學(xué)家Michael Faraday 在兩相系統(tǒng)中用溶解在二硫化碳中的磷和氯金酸水溶液制造出了一種紅寶石色的“細(xì)顆粒懸浮液”，這種懸浮液的顏色與細(xì)顆粒對應(yīng)的大塊物的顏色（金黃色）完全不同[9]。直到1908 年，德國物理學(xué)家Gustav Mie 解釋產(chǎn)生這種“細(xì)顆粒懸浮液”光學(xué)改變的原因是由于樣本中包含的AuNP 對光進(jìn)行了吸收和散射[10]。當(dāng)光的平面波入射到一個小金屬粒子上時，電磁場會因為金屬和周圍環(huán)境之間的介電常數(shù)/折射率（refractive index，RI）的改變而遭受干擾。金屬的特性是存在自由電子，這些自由電子能夠與入射的振蕩電磁場作協(xié)同振蕩。當(dāng)一定波長的光源入射到金屬納米粒子上時，如果入射光子頻率與金屬納米粒子的整體振動頻率相匹配，金屬納米粒子此時就會對光子能量產(chǎn)生很強的吸收作用，在光譜上表現(xiàn)出強共振吸收峰，從而產(chǎn)生LSPR 現(xiàn)象[11-14]。

LSPR 峰的位置不僅與金屬納米粒子的種類、大小及形狀有關(guān)，而且還受到周圍介質(zhì)的影響[15]。不同的介質(zhì)具有不同的RI，基于金屬納米粒子的LSPR 傳感器能夠靈敏地檢測出金屬表面附近RI 的變化并轉(zhuǎn)換為光譜位移，當(dāng)待檢測物被LSPR 傳感器特異性識別并偶聯(lián)后，會引起納米等離子體的RI 變化，進(jìn)而引發(fā)LSPR 峰位移[16-18]。近年來，這種源于光與物質(zhì)相互作用的納米生物傳感器已被廣泛應(yīng)用。一方面，LSPR傳感器比傳播型表面等離子體共振傳感器更適合測量納米結(jié)構(gòu)周圍短距離的變化[19]；另一方面，相比其他需要特定化學(xué)元素標(biāo)記的傳感檢測方法，如酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）、蛋白質(zhì)印跡（Western Blot）、電化學(xué)法和化學(xué)發(fā)光法等，LSPR 傳感器具有高靈敏度、無標(biāo)記和實時測量的優(yōu)點，是一項擁有廣闊前景的技術(shù)[20-23]。

2 常見的等離子體納米生物傳感檢測體系

等離子體納米生物傳感器通常由兩個部分組成：信號識別系統(tǒng)與信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中信號識別系統(tǒng)是指針對待檢測的生物分子的特異性識別體系。常見的特異性識別檢測體系有：抗原-抗體檢測體系、核酸檢測體系、酶相關(guān)的檢測體系；其中，酶相關(guān)的檢測體系中的CRISPR/Cas 檢測體系近年來備受關(guān)注。

2.1 抗原-抗體檢測體系

抗原-抗體檢測體系是在生物領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用的檢測體系，傳統(tǒng)的分析手段是基于免疫測定的方法，包括ELISA、Western Blot 等；但由于樣本預(yù)處理流程的繁瑣以及樣品標(biāo)記的復(fù)雜，這些方法仍然存在局限性[24]。基于抗原-抗體檢測體系的等離子體納米生物傳感器，在簡化步驟的同時保證了極高的靈敏度[25-28]。我們曾利用AuNP 與熒光量子點偶聯(lián)，通過抗體對肝癌標(biāo)志物甲胎蛋白實現(xiàn)了快速的檢測，檢測限（LOD）低至1.44 μg/L[29]。Vakili 等[30]將從羊布魯菌和牛布魯菌中提取出的脂多糖（LPS）作為抗原固定在AuNP的表面，用于檢測人血清中抗布魯菌抗體，陽性預(yù)測值高達(dá)100%；相比傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)試管凝集試驗和ELISA，基于LSPR 的檢測策略能夠出色地區(qū)分感染者和未感染者。此外，基于抗原-抗體檢測體系的等離子體納米生物傳感器可通過將抗體或抗原物理或者化學(xué)吸附與納米等離子體偶聯(lián)，其成功應(yīng)用需要開發(fā)穩(wěn)固可靠的表面修飾方法，以確保其具備較高的選擇性、靈敏性和可重復(fù)性[31]。將抗體固定在AuNP 上，再將AuNP 涂覆到石英、ITO 玻璃或聚苯乙烯等平面基底表面，能夠使基于LSPR 峰位移的免疫傳感器具備更高的敏感性和選擇性[32-34]。Yuan 等[35]通過將人附睪分泌蛋白4（HE4）抗體偶聯(lián)在AgNP 上制成探針，并通過將探針固定于玻璃基底上用于檢測人血清中的HE4，LOD為4 pmol/L；相比于ELISA 方法（HE4 的LOD 為15 pmol/L），LSPR 生物傳感器表現(xiàn)出了良好的分析性能。其次，基于抗原-抗體的LSPR 傳感檢測系統(tǒng)也可以實現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)特定物質(zhì)的檢測。Park 等[24]設(shè)計了一個可在細(xì)胞內(nèi)外檢測TGF-β 的AuNP-抗體偶聯(lián)LSPR 傳感器，實現(xiàn)了在細(xì)胞內(nèi)外高選擇性檢測低濃度TGF-β，LOD 低至皮摩爾的范圍內(nèi)。

2.2 核酸檢測體系

在過去的30 a 內(nèi)，等離子體納米生物傳感器在核酸檢測中的應(yīng)用不斷增長；相比繁瑣的、需要高昂設(shè)備的傳統(tǒng)PCR 檢測過程，基于納米等離子體的傳感策略在光學(xué)信號下就可實現(xiàn)對核酸的直觀檢測，能夠滿足實際應(yīng)用中對快速性、準(zhǔn)確性和靈敏性等的檢測要求。通過與核酸探針偶聯(lián)到LSPR 納米粒子上，可以將精度和準(zhǔn)確度都提高到單個分子的層面來檢測目的DNA 或RNA[19，36-37]。如：Li 等[38]構(gòu)建出一種AuNP-DNA 探針實現(xiàn)了對結(jié)腸癌K-ras 基因點突變的可視化檢測；Yoo 等[39]利用多焦點AuNP 陣列芯片實現(xiàn)了對角膜營養(yǎng)不良相關(guān)基因BIGH3 點突變的高靈敏性檢測。此外，基于DNA 的自組裝等離子體生物傳感器系統(tǒng)還可以準(zhǔn)確檢測存在于外泌體（由細(xì)胞釋放的30～100 nm 囊泡）中的微量miRNA，如miR-125b、miR-15a 和miR-361[40]。這表明基于LSPR 的無標(biāo)記光學(xué)生物傳感器是一個診斷DNA 突變相關(guān)疾病的優(yōu)勢平臺。

除了常規(guī)利用DNA 探針檢測互補配對的DNA 或RNA 片段，核酸還可以通過其他構(gòu)象識別多種不同的待檢物，如工程化的寡核苷酸、適配體及DNAzymes 等。（1）工程化的寡核苷酸，如鎖核酸（locked nucleic acid，LNA）、肽核酸（peptide nucleic acid，PNA），它們與互補ssDNA 結(jié)合的親和力都高于DNA，可以提高核酸的檢測效率[41]。LNA 類似于RNA，AuNP-LNA/DNA 嵌合探針的構(gòu)建能與靶ssDNA 形成非常短的（7 bp）雜交雙鏈體[42]。而PNA 是一種DNA 類似物，由于缺乏電荷排斥使PNA 和DNA/RNA 之間有著更強的結(jié)合能力，因此，短至6 個核苷酸的AuNP-PNA 探針就能夠有效地與ssDNA 靶標(biāo)實現(xiàn)雜交，這是AuNP-DNA 探針無法做到的[43]。（2）適配體（ssDNA 或ssRNA）能夠通過折疊形成的二級結(jié)構(gòu)與特定的靶標(biāo)（小分子、蛋白質(zhì)或細(xì)胞等）選擇性結(jié)合，親和力可以與抗體的親和力相媲美。Chen 等[44]構(gòu)建了凝血酶與適配體結(jié)合的二價適配體，通過控制凝血酶誘導(dǎo)的纖維蛋白原-AuNP 的聚集來檢測DNA。（3）DNAzymes 是具有催化活性的短合成寡核苷酸分子，自發(fā)現(xiàn)以來已被功能化用于開發(fā)各種特殊的傳感器[45]。Yu 等[46]利用基于DNAzyme 的等離子體納米傳感系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)了在一個簡單、廉價和無培養(yǎng)的過程中對大腸桿菌進(jìn)行選擇性檢測。

2.3 酶相關(guān)的檢測體系

酶是一類極為重要的生物催化劑，酶對底物具有高度特異性和高度催化效率；因此也被廣泛應(yīng)用于生物傳感的信號識別系統(tǒng)[47-49]。酶相關(guān)的LSPR 傳感系統(tǒng)，除了酶-底物識別檢測體系，還有酶介導(dǎo)納米粒子生長的LSPR 傳感器；除此以外，CRISPR-Cas 系統(tǒng)近年來也備受關(guān)注，其相關(guān)的LSPR 傳感器也多有報道。

酶-底物識別檢測體系是在LSPR 傳感器中最常見的檢測體系；利用酶自身活性，在識別的底物過程中實現(xiàn)LSPR 信號的識別。Martín-Barreiro 等[50]利用L-氨基酸氧化酶能催化L-苯丙氨酸氧化脫氨生成過氧化氫的原理，設(shè)計了一款檢測L-苯丙氨酸濃度的LSPR 傳感器。L-氨基酸氧化酶和L-苯丙氨酸能夠在Au（III）的存在下發(fā)生反應(yīng)并形成AuNP，而產(chǎn)生的LSPR 強度與樣品中L-苯丙氨酸的濃度相關(guān)；針對人血漿樣品中L-苯丙氨酸的LOD 低至22 μmol/L。鑒于此，可開發(fā)一種L-苯丙氨酸快速測定的方法以助于診斷苯丙氨酸代謝障礙性疾病，如苯丙酮尿癥。也有研究者通過抑制酶的活性構(gòu)建了顯影的LSPR 傳感器。Lin 等[51]應(yīng)用自組裝技術(shù)將乙酰膽堿酯酶共價偶聯(lián)在AuNP 上，利用乙酰膽堿酯酶本身會受到有機磷農(nóng)藥（如對氧磷）特異的毒性抑制的原理，通過乙酰膽堿的抑制程度和光衰減之間的相關(guān)性評估溶液中對氧磷的含量，結(jié)果顯示了獲得最大抑制變化時的LOD 為0.234 ppb。

酶還可以通過介導(dǎo)納米離子的生長，進(jìn)一步構(gòu)建LSPR 傳感器[52]。Tang 等[53]開發(fā)了一種基于酶控制的原位生長的AuNP 生物傳感器以用于對脂肪酶靈敏、簡單和廉價的測定。脂肪酶的生物催化水解與AuNP的生長相關(guān)，Tween 80 羧酸酯鍵通過脂肪酶水解作用能夠控制AuNP 的成核速率，進(jìn)而影響LSPR 效應(yīng)，實現(xiàn)溶液從紫色到紅色的可視化改變[53]。

近年來，規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)序列（Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，CRISPR）及其相關(guān)蛋白（Cas）因為特殊的核酸酶活性備受關(guān)注[54-55]。CRISPR-Cas 系統(tǒng)中常見的Cas 蛋白，包括Cas9、Cas12 和Cas13[56-57]。CRISPR-Cas9 系統(tǒng)具有出色的DNA 識別能力，卻不具有反式裂解活性，但憑借其DNA 識別能力已有研究者開發(fā)出了生物傳感器[58-59]。如，Wang 等[60]將Cas9 介導(dǎo)的檢測技術(shù)與偶聯(lián)DNA 的AuNP 相結(jié)合建立了一種新的比色生物傳感體系，并成功應(yīng)用于對李斯特菌和非洲豬瘟病毒的檢測，僅1 h 內(nèi)就可獲得數(shù)百份基因組樣本。而Cas12、Cas13 和Cas14除了實現(xiàn)靶標(biāo)核酸的的順式切割，還具備附帶的切割活性，常用于核酸檢測[57]。以CRISPR-Cas12 為例，其在sgRNA 的引導(dǎo)下識別靶標(biāo)dsDNA 并形成Cas12-crRNAdsDNA 復(fù)合物，從而實現(xiàn)靶標(biāo)雙鏈DNA（dsDNA）的順式切割；同時也激活了任意單鏈DNA（ssDNA）的反式切割活性；這些動作能夠觸發(fā)可檢測信號的形成，進(jìn)而被開發(fā)成生物傳感器[61-63]。如，Cheng 等[64]開發(fā)了一種基于CRISPR-Cas12a 和AuNP 探針的比色編碼系統(tǒng)，實現(xiàn)了肉眼下端粒酶活性的快速檢測，促進(jìn)了端粒酶靶向藥物的發(fā)現(xiàn)和篩選。將Cas12a 系統(tǒng)與AuNP 的光學(xué)特性相結(jié)合，開發(fā)出多種針對病原體的LSPR 檢測平臺，如檢測SARS-CoV-2[65]、食品樣品中的沙門菌[66]。與Cas12a 不同，Cas13 蛋白靶向的是RNA 而不是DNA。Cas13 包含4 種不同的亞型（Cas13a～ Cas13d）。其中最著名的是Cas13a（C2c2）[67]。利用Cas13a 切割與AuNP 結(jié)合的ssRNA，能夠?qū)崿F(xiàn)對鼻咽拭子中SARSCoV-2 的可視化檢測[68]。新興研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種II 類最小核酸內(nèi)切酶Cas14[69]。Cas14 效應(yīng)蛋白特異性結(jié)合并切割的底物是ssDNA。在基于CRISPR 的生物傳感系統(tǒng)中，Cas14 的檢測仍處于起步階段[70]。但鑒于它有更特異性的方式靶向ssDNA，將有望于在未來與納米等離子體聯(lián)合開發(fā)成新的傳感系統(tǒng)，實現(xiàn)對基因突變、傳染疾病等快速靈敏的分析。

3 等離子體納米生物傳感器對不同病原體的檢測

病原體引起的傳染性疾病是威脅人類健康的主要因素，在面對突發(fā)病原體疫情時，快速準(zhǔn)確地檢測識別病原體對有效地管理和治療傳染性疾病至關(guān)重要?；贚SPR 生物傳感器具備高靈敏度、無標(biāo)記和實時測量的優(yōu)點，非常適用于病原體的檢測需求。因此，LSPR 生物傳感器在病毒、細(xì)菌等多種病原體的檢測中應(yīng)用廣泛。

3.1 針對病毒檢測的等離子體納米生物傳感器

針對高傳染高危害性的病毒需要以更快捷靈敏的手段來減少病毒的進(jìn)一步傳播，目前已出了多種的等離子體納米生物傳感器的相關(guān)報道，用于檢測HIV、乙型肝炎病毒、流感病毒和登革病毒等[71-72]。Lee 等[33]通過使用Au 納米點在氧化銦錫玻璃基板上制造出均勻的納米圖形，并用gp120 單克隆抗體對納米圖形進(jìn)行修飾可以實現(xiàn)對HIV 蛋白gp120 的捕獲和檢測，LOD 為200 pg/L。Kim 等[73]通過在單層AuNP 上固定雙抗體制成LSPR 芯片，對乙型肝炎表面抗原（HBsAg）進(jìn)行檢測，該芯片能夠在10～15 min 內(nèi)檢測到低至100 pg/L 的HBsAg。甲型流感病毒對鳥類、豬及人類都具有傳染性，傳播迅速，感染率高[74]。近年來H1N1、H5N7、H9N2 等多種亞型在世界各地仍然有廣泛暴發(fā)[75-76]。Takemura 等[77]開發(fā)出一種針對甲型流感病毒雙信號的靈敏快速的檢測方法。通過將AuNP、磁性納米粒子和高導(dǎo)電性碳納米管相結(jié)合，形成納米復(fù)合材料與H1N1 特異性抗體結(jié)合，以依賴病毒濃度的方式從納米粒子上同時誘導(dǎo)出光學(xué)和電化學(xué)兩種信號，電化學(xué)LOD 為13.66 pg/L，而LSPR 光學(xué)LOD 低至2.16 pg/L[74]。

自2003 年起，各種新興病毒在世界各地廣泛流行，對公共安全和社會經(jīng)濟造成大量損失，如暴發(fā)于2014 年的寨卡病毒（ZIKV）和正在流行的SARSCoV-2 等[78-79]。ZIKV 屬于黃病毒科黃病毒屬，是一種單鏈正義RNA 病毒，能夠造成嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)異常，如格林-巴利綜合征和先天性神經(jīng)系統(tǒng)畸形[80]。Adegoke 等[81]通過將等離子體納米產(chǎn)生的LSPR 信號在3-巰基丙酸（3-MPA）功能化的四種不同等離子體納米粒子中，即MPA-AgNPs、MPA-AuNPs、核/殼Au/AgNPs 以及合金AuAgNPs，通過將等離子體產(chǎn)生的LSRP 信號介導(dǎo)核酸分子探針的半導(dǎo)體量子點納米晶體的熒光信號對ZIKV RNA 進(jìn)行檢測；LOD 最低可至1.7 copies/mL。SARS-CoV-2 自2020 年在全世界廣泛暴發(fā)后，因其高度的傳染性，快速檢測需求日益增加[82]，Huang 等[83]開發(fā)了一種基于LSPR 的納米等離子體陣列傳感芯片，芯片的表面由SARS-CoV-2 特異性抗體修飾，能夠在15 min 內(nèi)檢測低至370 vp/mL 的SARS-CoV-2 病毒顆粒。這些病毒檢測平臺能夠在診斷疾病的最低濃度以下提供可靠的信息，有助于對病毒初期感染的快速和高靈敏識別。

3.2 針對細(xì)菌檢測的等離子體納米生物傳感器

傳統(tǒng)檢測細(xì)菌的方法耗時、費力且成本高[84]?；跀U增的分子檢測可以在某些情況下提高靈敏度和選擇性，但常需要增菌培養(yǎng)；而且復(fù)雜的過程等也會降低檢測的效率[46]。因此，開發(fā)快速、靈敏且具有成本效益的細(xì)菌檢測對于防止?jié)撛诘膫魅局陵P(guān)重要。越來越多的研究表明等離子體納米生物傳感器對于細(xì)菌檢測和區(qū)分具有顯著的優(yōu)勢[85]。如，霍亂弧菌O1 群是烈性傳染病霍亂的病原體。Faridfa 等[86]通過單克隆抗體標(biāo)記的AuNP 能夠識別霍亂弧菌O1 群并進(jìn)行測定，LOD 為10 CFU/mL。LPS 是革蘭陰性菌細(xì)胞壁上的一種重要結(jié)構(gòu)與細(xì)菌的致病作用緊密相關(guān)[87]；Liu 等[88]利用多粘菌素B（polymyxin B，PMB）可以與LPS 特異性結(jié)合的原理，將PMB 偶聯(lián)到AgNP 上，從而能夠高靈敏度地定量測定LPS 濃度；檢測范圍為2.5～17.5 nmol/L，LOD 低至2 nmol/L，優(yōu)于傳統(tǒng)的LPS檢測，進(jìn)一步實現(xiàn)對革蘭陰性菌的檢測。此外，源自微生物細(xì)菌的內(nèi)毒素被人體攝入后可能會導(dǎo)致各種疾病，嚴(yán)重者甚至危及生命，因此在細(xì)菌檢測中具有重要的意義。如，金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的葡萄球菌腸毒素A（staphylococcal enterotoxin A，SEA）會導(dǎo)致嚴(yán)重的胃腸炎[89]。Ben Haddada 等[90]通過將SEA 抗體或SEA共價連接到AuNP 上而成功對牛奶樣品中的SEA 進(jìn)行了檢測，LOD 為5 μg/L。這為低濃度的生物毒素檢測提供了一種快速、可靠的方案。還有研究者通過檢測細(xì)菌自身產(chǎn)生的酶的催化活性實現(xiàn)對相應(yīng)細(xì)菌的檢測，如Santopolo 等[91]報道了一種快速檢測超低濃度產(chǎn)脲酶細(xì)菌的新方法。這種方法是通過將尿素和能捕獲細(xì)菌的磁珠添加到AuNP-牛血清白蛋白的溶液中，使產(chǎn)脲酶細(xì)胞分解生成NH3 而阻斷納米粒子的自組裝。在肉眼下，通過AuNP 懸浮液顏色的變化實現(xiàn)了對奇異變形桿菌（脲酶陽性菌）的檢測，LOD 低至10 個細(xì)胞/mL[91]。

3.3 其他

除了病毒和細(xì)菌，等離子體納米LSPR 生物傳感器也被應(yīng)用在了寄生蟲病的診斷中。例如，Lednicky等[92]提出了一種AuNP-環(huán)氧樹脂納米復(fù)合型LSPR 傳感器，以20 bp 的藍(lán)氏賈第鞭毛蟲DNA 序列作為探針，可以實現(xiàn)低限為5 nmol/L 無標(biāo)記DNA 檢測。這類傳感器將有望于實現(xiàn)對藍(lán)氏賈第鞭毛蟲的特異、靈敏的檢測。豬帶絳蟲幼蟲可引起腦囊蟲?。╪eurocysticercosis，NCC）。在檢測單個活包囊或者低寄生蟲負(fù)荷的NCC患者中，酶聯(lián)免疫電轉(zhuǎn)?。‥ITB）和ELISA 兩種技術(shù)的檢測敏感性較差，甚至?xí)a(chǎn)生陰性結(jié)果[93]。在基于AuNPs 的LSPR 生物傳感器上借助免疫捕獲技術(shù)能夠?qū)ωi帶絳蟲抗原進(jìn)行檢測，檢測范圍從0.1 mg/L～ 2 000.0 g/L，LOD 低于0.1 mg/L，并且在5 min 內(nèi)可完成[94]。該系統(tǒng)具備了快速響應(yīng)的能力和良好的靈敏性，能夠有效區(qū)分感染者和未感染者，為診斷NCC 提供了一種新的工具。

4 等離子體納米生物傳感器的優(yōu)化策略

由于等離子體納米生物傳感器具備結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備要求低等特性，越來越多地被應(yīng)用于現(xiàn)場檢測（POCT）。因此，如何進(jìn)一步提高檢測效率和檢測設(shè)備的便攜性是等離子體納米生物傳感器優(yōu)化的方向之一，如利用微流控芯片簡化樣品添加流程[95]和利用小型設(shè)備代替專用檢測設(shè)備[83]等。針對臨床實驗中多指標(biāo)檢測的需求，研究人員利用LSPR 傳感器搭建了高通量和多通道傳感芯片。如，Yoo 等[96]在單個納米粒子陣列芯片上固定了3 種針對嗜酸乳桿菌、鼠傷寒沙門菌和銅綠假單胞菌的適配體，從而在一次檢測中同時對這3 種細(xì)菌進(jìn)行識別，實現(xiàn)了對細(xì)菌的多通道傳感檢測。另外，Zopf 等[97]在玻璃基底上的點陣列中使用AuNP 作為亞單層，其中每個點的AuNP 分別用不同的DNA 探針進(jìn)行修飾，可以同時鑒定和檢測多種病原微生物，如念珠菌、曲霉菌以及擬桿菌等。相比于傳統(tǒng)利用光譜儀或酶標(biāo)儀等實驗室儀器檢測輸出信號，利用手機自帶的光源與照相設(shè)備可以最大效率地提高檢測設(shè)備的便攜化；有研究者開發(fā)出一種智能手機APP 控制的手持傳感設(shè)備，與偶聯(lián)SARS-CoV-2 特異性抗體的LSPR 傳感器相結(jié)合，能夠在15 min 內(nèi)完成SARS-CoV-2 的檢測；并通過APP 實時記錄動態(tài)曲線，檢測范圍從0～6.0×106vp/mL[83]。Wang 等[98]展示了一種基于智能手機的等離子體傳感平臺，通過簡單的手機成像和顏色分析來測量無色液體的RI，并通過將等離子體共振波長與發(fā)色團的吸收峰波長相匹配來實現(xiàn)光吸收增強。利用該檢測平臺獲得的靈敏度相比于酶標(biāo)儀提高了100 倍，LOD 相比與其他商品化試紙條提高了30 倍。上述研究表明利用小型多功能化的納米系統(tǒng)和先進(jìn)的光學(xué)檢測方法的協(xié)同組合，開發(fā)高通量多通道的等離子體納米生物傳感器，可以進(jìn)一步優(yōu)化檢測的靈活性、即時性和高效性。

基于AuNP 和AgNP 的LSPR 生物傳感器在識別和檢測分析物上表現(xiàn)出了優(yōu)良的性能，但考慮到使用成本，一些非貴金屬納米材料如Cu、Al 等逐漸顯現(xiàn)出這方面的優(yōu)勢[99]。如，Valdez 等[100]將金屬納米粒子（Cu、Ag 和Au）與抗呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV）的多克隆抗體進(jìn)行偶聯(lián)，利用LSPR 位移實現(xiàn)對RSV 的檢測。結(jié)果顯示而AuNP 和AgNP 的LOD分別211 PFU 和7 PFU，而與抗體偶聯(lián)的CuNP 的LOD低至2.4 PFU，檢測性能優(yōu)于AuNP 和AgNP。這表明了抗體功能化的CuNP 在RSV 檢測中更具優(yōu)越性。此外，Kim 等[101]以Cu 薄膜為外殼、以SiO2納米粒子為核心制成了具有等離子體特性的納米粒子陣列芯片。由于LSPR 特性，該芯片顯現(xiàn)出67.8 nm/RIU 的靈敏度，并能夠?qū)Ｑ蠡【?、沙門菌、金黃色葡萄球菌等7 種細(xì)菌的目標(biāo)DNA 進(jìn)行定量檢測，其中以淋病奈瑟菌DNA的LOD 為最低（10 fmol/L）[101]。由非貴金屬納米材料開發(fā)的等離子體納米光學(xué)傳感器，可以有效地在保持LSPR 傳感器的高靈敏度的同時，可以有效降低LSPR傳感器的成本，是等離子體納米生物傳感器另一條優(yōu)化策略。

5 展望

隨著新技術(shù)的發(fā)展，即時診斷、個性化診療等應(yīng)用對生物傳感器提出了更多的要求。等離子體納米生物傳感器的發(fā)展將是其應(yīng)用擴展到實驗室之外的任意場合，用作床旁護理傳感器或可穿戴式傳感器，并集成到現(xiàn)有的生物醫(yī)療體系當(dāng)中。因此，如何提高等離子體納米生物傳感器的可復(fù)用性，以及如何研發(fā)將等離子體光熱效應(yīng)和LSPR 傳感相結(jié)合的診療一體化裝置都有待于進(jìn)一步的探究?？傊?，基于等離子體納米粒子光學(xué)特性的生物傳感裝置具有廣闊的應(yīng)用前景，相信將能為生命科學(xué)的研究和市場需求提供更好的服務(wù)。