无需核酸扩增且无荧光标记的基于双尺度金纳米粒子增强型光纤表面等离子体共振生物传感器的高灵敏度RNA检测方法

《Analytical Chemistry》：Nucleic-Acid-Amplification-Free and Fluorescent-Label-Free RNA Detection with a Dual-Scale Gold Nanoparticle–Enhanced Fiber-Optic SPR Biosensor

　　

摘要

对于传统的表面等离子体共振（SPR）生物传感器而言，要在超低浓度下实现高灵敏度的RNA检测仍然是个挑战，因为低分子量的生物分子在有限的衰减场穿透深度内只能产生微弱的有效折射率变化。在此，我们报道了一种双尺度金纳米粒子（AuNP）增强型光纤SPR生物传感器，通过一种机制引导的夹心式结构克服了这一固有限制。该传感器采用多模光纤–单模光纤–多模光纤（MMF–SMF–MMF）的结构，以增强金属-介质界面处的衰减场激发。通过将探针固定和信号增强分开到两种具有不同功能的AuNP群体中来实现等离子体放大：用探针DNA功能化的大尺寸AuNPs在镀金光纤表面形成稳定且高密度的识别层，而与目标RNA结合的小尺寸AuNPs则作为移动的放大单元。当特定的DNA-RNA发生杂交时，在有效传感区域内会形成层状的等离子体夹心结构，从而通过近场电磁耦合和质量加载效应实现协同放大作用。有限元模拟和实验结果均表明，与裸金薄膜以及单层AuNP修饰的SPR传感器相比，该传感器能产生更强的局部电磁场，并具有更高的折射率灵敏度。重要的是，该检测方法无需依赖核酸放大反应或荧光标记。该传感器对0到700 fM范围内的RNA浓度呈线性响应，灵敏度可达6.5 pm/fM，检测限为97 fM，这一数值相当于传统单层AuNP基SPR传感器的7.5倍信号放大效果。这项工作表明，双尺度AuNP辅助的夹心结构无需进行核酸放大反应，即可有效放大来自硫醇修饰的模型RNA目标的弱SPR信号。未来还将进一步优化该传感器，以实现直接检测真实生物样本中的未修饰RNA。

? 2026 美国化学学会