来源：Nanomaterials (Basel) | 编译：DNA Lab Space
体液监测正在从间断采血走向连续无创的新阶段。光纤表面等离子体共振（SPR）生物传感器因其免标记、实时检测、体积小、样本量需求低等特性，被视为这一转型中的核心技术平台。然而，传统裸金属SPR界面在面对泪液、尿液、呼出气冷凝液、唾液和汗液等复杂体液时，暴露出灵敏度不足、共振线宽过宽、机械扰动敏感等短板。一篇发表于 Nanomaterials 的综述系统梳理了纳米材料如何通过电磁场增强、等离子体模式调控、界面识别优化和抗污染设计，推动光纤SPR传感器向可穿戴连续监测方向演进。
研究背景
个性化医疗和慢性病管理的核心需求之一，是获取随时间连续变化的生理指标。传统的体液检测依赖采血或实验室分析，难以实现高频次监测。可穿戴即时检测（point-of-care testing）设备的兴起，使得泪液、汗液、唾液等易获取体液成为替代性检测对象。
光纤SPR生物传感器在这一背景下显示出独特优势。它结合了SPR技术免标记、实时响应的特点，同时具备光纤固有的小型化、柔性化和低样本量需求。但问题也随之而来——传统Au或Ag薄膜SPR传感器在谐振线宽、稳定性、抗干扰能力和超低丰度分析物检测方面存在瓶颈。
更根本的挑战来自经典传播型SPR模式的三个内在局限：有限的场穿透深度、过宽的共振特征导致追踪精度不足、复杂生物介质中界面功能化能力欠缺。这些缺陷在可穿戴工况下被进一步放大——样本体积小、离子强度和pH波动大、背景分子丰富，同时传感器还必须保持柔性、低功耗和机械稳定性。
正因如此，近年SPR领域的前沿进展不再局限于Kretschmann几何构型的重复改良，而是转向模式工程（mode engineering）与纳米材料功能增强的交叉融合。
研究方法
该综述采用文献系统分析的方法，将纳米材料按其在传感系统中扮演的功能角色分为四大类：模式增强材料、界面识别增强材料、富集/抗污染/快速传质材料，以及实现柔性集成和长期可穿戴运行的材料。以下分述各类材料的设计逻辑及其在光纤SPR传感器中的作用机制。
模式增强纳米材料。 这类材料直接重塑混合SPP/LSPR态的电磁场分布、耦合强度、辐射损耗或共振线宽。其物理基础可以用波矢偏移的耦合积分公式描述：当介电常数从ε变化为ε+δε时，波矢偏移δk正比于相互作用体积内的场重叠积分，即δk∝∫Vint E→iδεE→f dr / ∫V E→iεE→i dr。这一公式揭示了纳米材料增强SPR灵敏度的核心逻辑——通过增大分析物区域的电场强度（E→i和E→f），提高介电常数微扰对共振条件的调制效率。
原文摘要未详述具体纳米材料种类及其合成参数，但指出这类材料的功能目标是压缩共振线宽、增强局域电磁场，从而提升对痕量生物标志物的信号可读性。
界面识别增强纳米材料。 这类材料的功能集中在传感界面的分子识别层构建。纳米材料作为载体或支架，提高识别分子（如抗体、适配体）的固定密度和取向可控性，进而增强界面分子事件向光学信号的转换效率。原文摘要未提供具体的识别分子类型、固定化方法或偶联化学参数。
富集/抗污染/快速传质纳米材料。 体液环境中存在大量背景蛋白和小分子，它们会非特异性吸附在传感表面，干扰目标分析物的检测。这类纳米材料通过构建抗污染层（如亲水性聚合物刷、两性离子材料）降低非特异性吸附，同时利用纳米结构的比表面积优势实现分析物的局部富集，加速目标分子向传感界面的传质过程。原文摘要未详述具体抗污染材料配方或富集倍率数据。
柔性集成纳米材料。 面向可穿戴连续监测的需求，纳米材料还被用于改善传感器的力学柔性和长期运行稳定性。这类材料使SPR探针能够在弯曲、拉伸等机械扰动下保持光学性能稳定，并降低功耗以适应可穿戴设备的供电约束。原文摘要未提供具体柔性基材种类或机械性能测试数据。
研究结果
综述对五类体液——泪液、尿液、呼出气冷凝液、唾液和汗液——的代表性传感靶标、材料策略和器件架构进行了系统分析。原文摘要及关键段未提供具体的检测限、灵敏度数值或临床样本验证数据。
模式调控的物理效果。 综述指出，纳米材料介导的局域电磁场增强和等离子体模式调控，能够有效克服传统传播型SPR模式的三大内在局限。通过引入纳米结构，场穿透深度得以扩展，共振线宽被压缩，界面功能化程度显著提升。这些改进共同作用于一个核心目标：将界面分子事件转化为稳定且灵敏的光学信号。原文未提供具体的线宽压缩百分比或场增强倍数。
面向不同体液的代表性策略。 针对泪液、尿液、呼出气冷凝液、唾液和汗液，综述分别梳理了各自的代表性传感靶标和纳米材料策略。泪液和汗液因采集便捷、富含代谢物而受到关注；呼出气冷凝液则因其非侵入性采集方式和挥发性/非挥发性标志物并存的特点，对传感器的气体-液体界面识别能力提出特殊要求。原文摘要未详述各体液对应的具体靶标分子和检测性能参数。
当前面临的核心挑战。 综述总结了三方面主要瓶颈。其一，传感可靠性——复杂体液中的基质效应和传感器漂移问题尚未完全解决。其二，可穿戴集成——如何在柔性、低功耗约束下保持SPR光学系统的稳定激发和信号读取。其三，真实样本验证——现有研究多停留在缓冲液或人工体液阶段，缺乏大规模真实临床样本的验证数据。原文未提供具体验证案例或统计结果。
讨论与展望
这篇综述的价值在于将纳米材料在光纤SPR传感器中的作用从零散的技术尝试整合为系统的功能分类框架。模式增强、界面识别、富集抗污染、柔性集成——四类角色的划分，为后续研究提供了清晰的设计路线图。
值得关注的是，综述强调的"将界面分子事件转化为稳定且灵敏的信号"这一命题，实际指向了SPR传感器从实验室工具走向可穿戴设备的关键转化节点。传统SPR传感器在理想缓冲液中性能优异，但在真实体液环境中往往失灵，问题恰恰出在界面——而非光学系统本身。纳米材料正是在这一界面层面发挥作用。
展望未来，传感可靠性、可穿戴集成和真实样本验证三者构成了递进关系。没有可靠的界面抗污染和信号稳定性，可穿戴集成便失去意义；而缺乏真实样本验证，任何器件架构的优越性都只能停留在概念层面。该综述未给出具体的性能指标或验证数据，这或许也反映了当前领域整体上仍处于从概念验证向实际应用过渡的阶段。下一步的关键，可能在于选择一两种体液、聚焦少数临床相关靶标，将纳米材料增强的SPR传感器推进到真实样本的纵向监测验证。
参考来源
Ma W, Zhang Z, Wang J, Zhang Y, Gao Z. Nanomaterial-Enabled Fiber-Optic SPR Biosensor for Continuous and Noninvasive Body Fluid Monitoring: Progress and Prospects. Nanomaterials (Basel). PMID: 42584329. DOI: 待确认。
PMID: 42584329