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局域表面等离激元共振在单分子灵敏度检测中的应用及进展

发布时间:2025-03-27

哈尔滨工业大学(深圳) 医学工程与数字健康学院/理学院的罗成璐、田梦等团队将局域表面等离激元共振(LSPR)与单分子识别检测策略结合,可在分子水平上为光与物质之间的相互作用提供良好的研究体系。其研究成果发表在《化学学报》2025,Vol.83上。从 LSPR传感策略出发,介绍其基本原理并阐明了传感性能的影响因素,探讨了高灵敏光学传感技术的设计方案,综合分析了不同设计方案在单分子灵敏度检测中的前沿应用,总结了技术发展趋势。


局域表面等离激元共振(localized surface plasmonresonance,LSPR)是纳米等离子激元学中常见的物理现象,是指金属纳米颗粒在光的照射下(某一特定波长处),金属表面的自由电子与入射光的电磁场相互作用产生共振,从而使其具有优异的光学、物理、化学性质,在生物医学诊断、生物或化学传感、环境监测和药物分析等诸多领域有着较好的应用前景。


团队从人类大健康出发,面向疾病诊断、环境监测、食品分析以及药物检测四方面,分析比较 LSPR在单分子灵敏度检测研究工作中的发展潜力,以有利于未来研究者们顺利开发新一代单分子灵敏度检测技术.


突破在疾病方面的应用:通过抗原-抗体识别过程中 LSPR 光谱的位移变化,实现了飞摩尔水平的单分子灵敏度检测,为早期疾病筛查和治疗提供了一定帮助;构建的等离激元光热效应和 LSPR 传感转导的双功能等离激元生物传感器(下图),以纳米金属颗粒为传感基底,利用 LSPR 光谱峰值偏移的不同来探测修饰在纳米金属颗粒上的分子结合与解离事件。


图  LSPR 在疾病诊断中的应用

(a) 以抗体为分子识别元件用于阿尔茨海默症精细血液诊断的等离激元纳米生物传感器系统 (b) 以核酸探针为分子识别元件的 TP-DMT 病毒传感整体工作流程 (c-f) :以无荧光标记的四面体核酸为分子识别元件用于 miRNA 21 检测的等离激元纳米生物传感器(c),以及(d)利用microRNA 21、KpnI 和 StuI 响应测定实现基于 DNA 的逻辑操作和生物记忆,(e)和(f)分别为识别前后 LSPR 光谱峰值变化和暗场散射图像


未来,团队研究人员将持续攻克技术瓶颈,进一步优化和拓展 LSPR 技术应用,如药物代谢和治疗的实时监控、环境中微塑料及其他纳米级污染物的来源追踪和检测,以及人类健康风险预警等. 与此同时,借助新型材料和结构的开发、设计,结合微流控系统及智能分析技术(如机器学习和深度学习),LSPR 技术将有望在精准诊断、环境监测、食品安全等关键领域发挥更为核心的作用,从而促进人类健康与环境的可持续发展。




论文链接:https://sioc-journal.cn/Jwk_hxxb/article/2025/0567-7351/351055/0567-7351-83-1-60.mag.shtml



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