基于光纤LSPR微流控平台的ssDNA实时监测技术研究及其高灵敏度应用

本研究针对小分子生物标志物实时监测的挑战，开发了一种基于金纳米颗粒（AuNPs）的局域表面等离子体共振（LSPR）传感器，通过微流控集成与数据拟合技术，实现了单链DNA（ssDNA）的实时检测，灵敏度达0.75 nM，信号波动降低10倍，为环境污染物、病原体及疾病标志物检测提供了高稳定性、低成本解决方案。

　　

在分子生物学和临床诊断领域，实时监测生物分子相互作用至关重要，但传统技术如表面等离子体共振（SPR）和荧光检测存在灵敏度低、成本高或操作复杂等问题。尤其是小分子如单链DNA（ssDNA）的检测，常需信号放大或温度控制，限制了其广泛应用。局域表面等离子体共振（LSPR）技术因其高灵敏度、抗电磁干扰和易于集成微流控等优势成为潜在解决方案，但现有LSPR传感器仍面临信号稳定性差、复杂仪器依赖等挑战。

为解决这些问题，丹麦技术大学的研究团队开发了一种基于80 nm金纳米颗粒（AuNPs）的光纤LSPR微流控平台，通过化学交联法固定AuNPs，结合多项式拟合算法提升信号稳定性。研究发表在《Biosensors and Bioelectronics: X》上，展示了从芯片制备到实时检测的全流程创新。

关键技术包括：1）化学交联法构建AuNPs修饰的LSPR芯片；2）微流控腔室集成以稳定流体环境；3）多项式拟合算法提取共振波长，降低噪声；4）折射率（RI）灵敏度测试验证芯片性能；5）Poly(T₂₀)与Poly(A₂₀)的实时结合动力学分析。

3.1 曲线拟合与数据分析
通过扫描平均（SA=1000）和二次多项式拟合，共振波长波动从2 nm降至0.015 nm，信噪比提升100倍，解决了光谱仪像素分辨率限制问题。

3.2 芯片折射率灵敏度与稳定性
80 nm AuNPs芯片的RI灵敏度达85-90 nm/RIU，且在葡萄糖溶液梯度测试中呈现线性响应，证实了芯片的可靠性和重复性。

3.3 ssDNA实时结合检测
Poly(T₂₀)功能化芯片对2 nM Poly(A₂₀)的检测波长偏移为0.15 nm，信噪比达10:1，LOD低至0.75 nM。对照实验证实结合特异性，非特异性吸附可忽略。

该研究通过低成本、高稳定性的LSPR平台，实现了无需信号放大的小分子实时检测，为环境监测、食品安全和疾病诊断提供了新工具。未来可通过优化纳米颗粒形貌（如纳米棒、立方体）或采用竞争性检测策略进一步提升灵敏度。这一成果不仅推动了LSPR技术的实用化，也为光学传感器在精准医疗中的应用开辟了新路径。