基于金纳米颗粒/MPBA/β-环糊精修饰倾斜光纤光栅的表面等离子体共振超灵敏胆固醇检测技术

本研究针对胆固醇检测灵敏度不足的难题，开发了一种基于倾斜光纤光栅表面等离子体共振（TFBG-SPR）技术的传感器。通过金膜激发SPR效应，并自组装AuNPs/MPBA/β-CD多层结构，利用β-环糊精的疏水腔特异性捕获胆固醇分子，实现0.002 fM的超低检测限，较现有技术提升四个数量级，为心血管疾病早期诊断提供新工具。

　　

胆固醇作为真核细胞膜和激素合成的关键成分，其浓度异常与动脉粥样硬化、心肌梗死等疾病密切相关。现有检测技术如液相色谱虽精准但成本高昂，而酶法传感器易受温度干扰且灵敏度有限。尤其当低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）超过3.36 mMol/L时，心血管事件风险骤增，亟需开发高灵敏度、低成本的检测手段。

中国计量大学的研究团队创新性地将倾斜光纤光栅（TFBG）与表面等离子体共振（SPR）技术结合，构建了AuNPs/MPBA/β-CD修饰的金膜光纤传感器。该传感器通过β-环糊精的锥形疏水腔捕获胆固醇分子，利用金纳米颗粒（AuNPs）放大SPR信号，最终在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表了突破性成果，实现了0.002 fM的检测极限。

关键技术方法
研究采用金膜包覆TFBG激发SPR效应，通过金硫（Au-S）键自组装AuNPs增加比表面积，再依次修饰4-巯基苯甲酸（MPBA）和β-环糊精（β-CD）形成胆固醇结合位点。利用SPR共振峰强度变化与胆固醇浓度的线性关系进行定量分析，同时通过TFBG的布拉格模式消除温度干扰。

研究结果

1. 材料与试剂
   选用DTT作为连接分子，MPBA构建疏水腔，β-CD通过范德华力稳定胆固醇分子，实验采用pH 7.8的PBS缓冲体系确保反应环境稳定。

2. 等离子体光纤胆固醇传感器的制备
   金膜TFBG经DTT活化后，依次组装AuNPs、MPBA和β-CD（图1a）。AuNPs使β-CD负载量提升3.8倍，MPBA与β-CD形成的空腔对胆固醇结合常数达10⁴ M^-1。

3. 结论
   传感器在0.01-100 fM范围内呈现优异线性（R²=0.997），选择性实验表明其对葡萄糖、尿素等干扰物的响应信号低于胆固醇的5%。

意义与展望
该研究通过TFBG-SPR技术与分子自组装策略的协同，将胆固醇检测限推至亚飞摩尔级别，较传统传感器灵敏度提升10⁴倍。β-CD的特异性识别与AuNPs的信号放大作用为其他生物标志物检测提供了范式，尤其适用于微量样本的早期疾病筛查。未来可进一步探索该传感器在血清样本中的实际应用潜力。