这篇文档描述了由Youjun Zeng、Lei Wang、Shu-Yuen Wu等研究人员团队开发的一种基于声光可调滤波器（AOTF）和白光激光器的波长扫描表面等离子体共振（SPR）成像传感器系统。该研究发表在2017年的《Sensors》期刊上，旨在解决传统SPR成像技术在数据采集速度和检测灵敏度方面的不足，为实时、高通量、高分辨率的生物分子相互作用分析提供新工具。研究团队来自深圳大学、香港中文大学、深圳出入境检验检疫局和克莱姆森大学等多个机构。

学术背景

表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）技术是一种实时、免标记的高灵敏度检测方法，广泛应用于生物分子相互作用动力学研究和化学/生物分析物检测。传统SPR成像技术存在数据采集速度慢和检测灵敏度有限的问题，难以完全替代荧光微阵列技术。本研究通过结合光谱调制法和二维（2D）微阵列技术，利用AOTF和白光激光器开发了一套快速SPR成像系统，显著提高了检测速度和灵敏度。

研究流程

1. 系统设计与反馈算法

研究团队设计了一种快速波长扫描SPR成像系统，核心包括：
- 白光激光光源：提供高亮度、稳定性的宽谱激发光（600-700 nm）。
- AOTF：作为可调滤波器，实现快速波长扫描（响应时间1ms），带宽为2.5-5.0 nm（600-680 nm）。
- 反馈控制算法：通过动态调整扫描范围（±15 nm），仅聚焦于SPR共振峰附近的光谱区域，将单次测量时间缩短至0.35秒。算法通过实时跟踪共振波长变化，调整扫描区间，降低数据采集时间。

2. 实验设置与数据采集

系统采用Kretschmann配置（棱镜耦合SPR结构），具体包括：
- 传感器芯片：BK7棱镜+48 nm金膜，手动优化入射角（纯水条件下72.5°）。
- CCD相机：帧率90 fps，采集反射光强度分布。
- 数据处理方法：基于30×20像素区域取平均以减少噪声，并采用数值比对算法实现SPR共振峰的自动定位。

3. 性能测试

（1）线性范围与灵敏度分析
通过测量不同浓度盐溶液（0%-25% NaCl，折射率1.3330-1.3793 RIU），验证系统的动态检测范围为4.63×10⁻² RIU。低浓度盐溶液（0.01%-0.05% NaCl）测试显示，系统灵敏度达1.27×10⁻⁶ RIU。

（2）生物分子相互作用监测
以兔IgG与山羊抗兔IgG的抗原-抗体结合为例：
- 芯片制备：兔IgG通过物理吸附固定在传感器表面，形成3×2阵列。
- 实时监测：注入10 µg/mL山羊抗兔IgG后，系统成功捕获结合过程的共振波长偏移（图5），证明其实时高通量检测能力。

主要结果与逻辑关系

1. 波长扫描速度优化：反馈算法将单次SPR峰测量时间缩短至0.35秒，较文献报道的同类技术（10-180秒）显著提升。
   
2. 灵敏度与动态范围：系统在宽折射率范围内（4.63×10⁻² RIU）保持高灵敏度（1.27×10⁻⁶ RIU），适用于复杂生物样品检测。
   
3. 生物应用验证：抗原-抗体相互作用实验证实系统可实时监测2D阵列中的分子结合动力学，为高通量生物传感提供平台。
   

结论与价值

该研究开发的AOTF-SPR成像系统具有以下创新点：
1. 快速扫描：通过AOTF和反馈算法实现毫秒级波长切换，大幅提升检测效率。
2. 无机械部件：全固态设计增强系统稳定性和可靠性。
3. 应用潜力：适用于药物筛选、疾病诊断和蛋白质组学等高通量分析场景。

研究亮点

1. 速度突破：0.35秒完成SPR峰检测，为当时报道的最快成像光谱SPR技术。
   
2. 高灵敏度与宽动态范围：兼具高分辨率（10⁻⁶ RIU）和宽折射率检测能力。
   
3. 生物兼容性：成功监测抗原-抗体结合，验证了系统的实际应用价值。
   

其他有价值内容

研究团队指出，该系统可进一步结合微流控技术，实现更高效的样本处理与多参数分析。此外，AOTF的窄带宽特性有助于减少光谱干扰，提升信噪比。

（注：本文所有术语首次出现时均标注英文原词，如“表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）”）