学探针。为了获得高通量，使用光纤束取代反射探针，探测过程通过透镜系统在多模光纤端面的成像完成。
图11 在紫外-可见-近红外区域测定金纳米粒子层反射率和消光光谱的光学系统 9.2 LSPR传感器在化学传感领域的应用
9.2.1基于纳米Ag粒子的表面等离子体共振光谱测定CN- 的测定方法 向容积为25mL的比色管中，加入一定浓度CN- 试样溶液和体积为15mL密度为10μg/mL的胶体银溶液。在剧烈震荡后，把混合溶液稀释至25mL（保持溶液NaOH浓度为0. 015 %( m/ v)）。接下来，向溶液通氧3分钟。然后用1cm石英比色皿、以水作参考，比较测定溶液于399nm处的吸光度值，由工作曲线求出CN-浓度。
9.2.2利用LSPR传感器检测有机磷杀虫剂
液相和气相色谱分析是检测有机磷杀虫剂的常用方法，但是这些方法需要很长时间，并且需要进行繁琐的样品预处理。这里介绍的方法是使用金纳米粒子同乙酰胆碱酯酶(AChE)共价耦合的LSPR生物传感器来检测对氧磷样品。将经过AChE修饰的LSPR传感器浸泡在0.05mM的ACh溶液中，可以检测的范围是1~100ppb，它具有高灵敏度和稳定性等特点。ACh和AChE的反应通过破
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坏AChE丝氨酸中的氢氧键进行。经过ACh修饰的LSPR传感器（在PH为8.5的12.5mU/ml的AChE的磷酸缓冲液中在室温下浸泡14小时）具有最好的线性响应。传感器表面产生14%的抑制作用，这相当于让对氧磷浓度在1到100pp范围内发生改变。传感器在500ppb对磷酸的条件下经过6个循环后，可以保留原有活性的94%，它可以通过0.5mM的2-PAM再生。此外，传感器在4°C的干燥条件下可以保留活性60天。 9.3 LSPR传感器在生物传感领域的应用
9.3.1以氯金酸氧化还原反应为基础的蛋白质病人血清样本中的葡萄糖LSPR传感探测
HAuCl4与葡萄糖在碱性介质中经过热激活氧化还原反应可以形成金纳米粒子结构，它可以通过测量等离子体共振吸收，LSPR，以及透射电镜(TEM)图像来进行分析判定，因为金纳米粒子的结构可显示特有的等离子体共振吸收带和相应的LSPR信号。研究结果发现，使用普通荧光分光计可以方便的探测到产生的LSPR信号。随着葡萄糖浓度增加，LSPR的强度同在2.0到250.0μmol/L范围内葡萄糖的含量成线性响应。这是一种新的葡萄糖检测方法，它的探测极限是0.21μmol/L，并且在糖尿病患者的血清样本中可以很容易地进行这种葡萄糖检测。研究表明反应的活化能是34.8 kJ/mol，摩尔比率为3:2。
在容积为10.0ml的摇瓶中分别加入1.0mL的BR缓冲液(pH值11.20)，1.0ml浓度为2.0mmol/L的HAuCl4溶液，适当体积的葡萄糖溶液以及10.0μL尺寸为10nm的金纳米粒子(1/10,000)。均匀混合这些溶液，并将溶液均匀稀释到所需浓度。接下来，将此混合溶液在373K的温度下放置5分钟，然后冷却到室温。
在200到700nm区域内（即Δλ=0）同时扫描F-4500荧光分光计的激励 波长和辐射波长，即可获得LSPR光谱。测量过程中，荧光分光计的激励和辐射的狭缝宽度是5.0nm。因此，选择420nm作为吸收和散射光谱的起始位置可以更加清晰的观察到结果光谱的红移。
9.3.2使用基于LSPR的纳米芯片蛋白质的无标记监测
在抗体固定在多组芯片上之后，利用纳升调剂系统将不同浓度的抗原溶液
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（从0到100μg/mL）导入到300个点位上，静置30分钟（图12）。注意，在这个过程中，总样品的体积在减少，不同的点位上对应的100nL抗原样品溶液的浓度不同。点位上的反应要持续30分钟。接下来，立刻用1%的Tween-20溶液冲洗，这样可以抑制非特异性吸收。我们可以计算得到芯片的光学特性。在室温下，整个吸收光谱从400-800nm在紫外-可见光分光计上排列。光纤束中的白光沿垂直方向入射到纳米芯片上。反射光被耦合入光纤束的光纤探针，它可以通过紫外-可见光分光计进行分析。从纳米芯片表面获得的数值结果表明特异吸收强度的改变直接由在点位上所使用的抗原浓度决定。
图12：基于LSPR的多组纳米芯片的实验设备
9.3.3使用LSPR的重组细胞蛋白质表达分析
金纳米岛薄膜的平均厚度为73nm。它的制备主要是利用电子束蒸发低沉积率的金膜，然后对已使用硫醇处理过的玻璃基底进行热处理。金纳米岛芯片可以作为无标记光学传感器。金纳米岛基于LSPR技术并被修饰为亲和表面，可以用于检测蛋白质分子层。在浓度低至30ng/ml的生物素与金纳米岛表面结合的链霉亲和素(STA)层可以通过正常的传导光谱测量。通过ATR图像测量，我们通过金纳米岛井芯片证明了重组细胞谷胱甘肽s-转移酶(GST)和人白细胞介素6(hIL6)之间的反应，在不同稀释程度的原生细胞溶解产物可以直接分析出来，它可以分析1.3ng/井的蛋白质和没有经过提纯的蛋白质。具有ATR图像测量功能的金纳米岛芯片可以作为一种简单有效的生物传感器，它可以应用在多重筛选的重组蛋白质中。
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下面使用生物素对金纳米岛表面进行修饰。室温下，把金纳米岛在含有0.1mM生物素-HPDP的纯乙醇溶液中搁置4小时，表面即可形成生物素-HPDP(Pierce, USA)的自组装单层膜。接下来将金纳米岛芯片清洗干净并风干。用磷酸盐缓冲盐水(PBS)（pH值为7.4）将链霉亲和素稀释为不同的STA溶液浓度。在经过生物素修饰的金纳米岛芯片上滴落100μL的STA溶液，为了避免溶液蒸发，要将芯片置于密闭的培养皿中。在25°C下放置3小时后，芯片用PBS冲洗5次。STA分子束缚在经过生物素修饰的芯片表面上，这导致金纳米岛光谱发生改变，使用DU800分光光度计即可观察到。
10．LSPR传感器技术的商业化
多项研究结果表明，基于LSPR的光纤生物传感器，可不使用ATR光学技术，它的灵敏度能够达到微米量级以内。这种传感器建立在光学纤维的端面上，具有如下优点：(1)容易操作；(2)可以探测小量样品如蛋白质溶液。这种生物传感器对于折射率的灵敏度很高，大约是在2×10?5RIU左右，类似于传统的SPR传感器。对贵金属纳米粒子的LSPR传感器进行实验研究后发现，这类传感器显示了很大的潜力。以金纳米棒传感器为例，它具有如下两个特点：(1)这种传感器能够利用非光刻方法实现重复制造，即临床诊断中所需成本能够大幅降低；(2)它的测量方法主要基于光谱的移动，而如果非特异性结合被减为最小，基于LSPR波长的传感器在血清中的探测极限可以达到皮摩尔量级。
医学报告显示，牛奶过敏症目前已经成为对当今社会人类健康危害程度很大的一种疾病，它的症状表现为呼吸困难，并伴有皮疹以及腹痛出现，而孩童为这种病症的高发人群。经过实验发现，金纳米粒子的LSPR免疫传感器可以检测牛奶样品中的酪蛋白过敏原。因此，这种检测设备不仅在医用过敏诊断中具有很大的作用，基于LSPR的生物传感器还有可能发展成为高集成的食物安全监控系统。基于LSPR的传感器制作方法和建立的光学系统均十分简单，成本比SPR和ELISA系统要低很多。所以我们可以预见，如果这一技术得以投入市场应用，它必将具有很高的商业价值。
综上所述，基于LSPR技术的传感器与传统SPR传感器的作用相当，而它的性价比却有超出SPR传感器的趋势。LSPR传感器的灵敏度和探测极限高，系统结构简单，集成度高，制作工艺简单，操作方便，而在造价和成本上却远
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远低于传统的SPR传感器。因此，可以预见的是，基于LSPR的传感器在医疗诊断，实时探测等方面将会具有很广阔的商业化前景，它代表着传感器向便携式和简单化发展的一个方向。
11．LSPR传感器的未来发展趋势
功能化的纳米金和银粒子的增强作用，因纳米材料固有的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应等使其呈现出独特的光学和电学性质。同时金纳米粒子具有良好的生物兼容性，易同DNA分子杂交结合。所有这些性质构成了它们在分子生物学、临床医学和生物芯片中应用的基础，同时也为DNA计算机的开发带来了光明的前景，因此它们也是生命科学中分析化学研究的重要组成部分和当今发展的重点领域。
诊断学中未来的发展方向将会继续追求纳米量级的生物芯片技术的小型化。基于LSPR的多通道纳米芯片可以方便地实现在并行结构下生物分子相互作用的特定高灵敏度无标记方法探测，而且成本十分低廉。在透射或反射几何配置的无偏振、紫外-可见消光光谱等测量的应用中，LSPR纳米传感器配套设备体积小、重量轻、坚固耐用、成本低廉、方便携带，而操作方法即使非专业人员也容易掌握并实践。值得注意的是，基于LSPR的纳米芯片的造价，包括光学仪器的造价，要比常规SPR系统低廉。这种技术将拓展当前分子诊断学和尖端诊断学的极限并促进人体用药物的发展。生物传感应用的多通道潜力使得生物标记研究，癌症诊断，以及传染微生物免疫抗体检测具有最优化的潜力。基于LSPR的多通道纳米芯片实现了检测方法的高通用性，它可以应用于其它种类的生物鉴定，如在代谢组学和细胞组学中的应用。在选择性和灵敏度方面的进一步改进后，LSPR生物传感器很有可能取代传统方法成为一种新的经济的探测工具，在现场测量和医疗诊断等方面具有很好的应用前景。放眼未来，我们期待这种方法可以成为攻克各种复杂病症的重要工具，如老年痴呆症等。
金纳米粒子的SPR散射和吸收经过强烈放大后，能够用于生物和细胞成像为基础的癌症诊断以及光热转换的癌症治疗中，这是一种新颖且十分有效的方法[114-119]。利用人工手段合成纳米粒子与靶项受体在癌细胞上过度表达的抗体，从而可实现分子特定成像和癌症治疗[114,115,117-119]。通过利用适当的靶项策略，这种成像或治疗方法能够适用于多种癌症以及其他的疾病。
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