紧凑型多通道等离子体生物传感器在炎症标志物快速多元分析中的创新应用

这篇研究报道了一种基于克雷奇曼(Kretschmann)构型的紧凑型多通道等离子体生物传感器平台，通过微流控技术实现单样本中四种炎症标志物（CRP/IL-6/PCT/PSP）的准同步检测。该装置灵敏度达3490 nm RIU?1，检测限(LOD)低至10?6 RIU，在10%人血清中实现ng/mL级检测，且交叉反应可忽略。其用户友好设计为复杂疾病（如脓毒症）的床旁诊断(POC)提供了高效解决方案。

　　

摘要

等离子体生物传感器在临床诊断、环境监测等领域展现出广泛适用性。本研究开发了一种创新性四通道等离子体生物传感器平台，通过微流控分配系统实现单样本中多种炎症标志物的同步检测。该装置采用克雷奇曼构型，结合定制化生物功能化芯片，可特异性识别C反应蛋白（CRP）、白细胞介素-6（IL-6）、降钙素原（PCT）和胰腺石蛋白（PSP），灵敏度达3490 nm RIU^?1，检测限为3×10^?6 RIU。在10%人血清中的验证实验显示，四种标志物的检测限分别为3.5、6.3、35.8和13.3 ng/mL，且交叉反应可忽略。

1 引言

炎症反应涉及CRP、IL-6等蛋白的释放，其快速检测对脓毒症等急症至关重要。传统检测方法如ELISA存在耗时长、需集中化实验室等局限。尽管已有多种等离子体传感技术（如SPR成像、局域SPR），但多数因体积庞大或成本高昂难以普及。本研究通过集成多通道SPR配置与优化微流控架构，开发出紧凑型设备，可在20分钟内完成多元检测。

2 实验部分

2.1 试剂与设备

采用EDC/NHS活化羧基，金芯片表面修饰混合自组装单层膜（SAM，COOH:Sulfo=3:7）。光学系统包含固定入射角（70°）的卤素光源和CCD光谱仪，微流控通道尺寸为6000×2500×500 μm，通过对称分流设计确保流速均匀（18.5±0.59 μL/min）。

2.3 芯片生物功能化

通过离位（ex situ）方式在孵育腔室中分别固定四种抗体：抗CRP（Ch1）、抗IL-6（Ch2）、抗PCT（Ch3）和抗PSP（Ch4）。优化后的条件使抗体偶联效率提升，LOD较原位（in situ）方法降低30%。

3 结果与讨论

3.1 光学性能

四通道折射率灵敏度为3489.5±49.8 nm RIU^?1，噪声仅0.00343 nm。在HCl梯度测试中，Δλ与折射率变化呈线性（R²>0.99），验证了系统的稳定性。

3.2 多元检测验证

混合样本测试显示，CRP（500 ng/mL）和PCT（500 ng/mL）仅在对应通道产生信号，非特异性结合可忽略。校准曲线显示CRP在血清中的LOD为3.5 ng/mL，覆盖临床脓毒症阈值（>50 μg/mL）。PSP检测具有创新性，其特异性优于传统标志物。

3.3 血清样本分析

10倍稀释血清使背景信号降低90%。盲样测试中，IL-6和PSP的回收率（AR%）分别为103-114%和96-105%，但PCT在>1500 ng/mL时出现低估（66-102.6%）。

4 结论

该平台通过模块化设计实现了炎症标志物的高效多元检测，为重症监护病房（ICU）的快速诊断提供了新工具。未来可通过优化抗体固定策略进一步提升PCT和IL-6的灵敏度，推动其在个性化医疗中的应用。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持内容；专业术语如RIU=折射率单位，SAM=自组装单层膜等均按原文标注；上标/下标使用^{/_{标签规范呈现）}}