Современные тенденции и влияние локализованного поверхностного плазмонного резонанса (LSPR) и поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии (SERS) в современном анализе

Оптический биосенсор — специализированное аналитическое устройство, использующее принципы оптики и света в биомолекулярных процессах. Локализованный поверхностный плазмонный резонанс (LSPR) — явление в области нанофотоники, возникающее при взаимодействии металлических наночастиц (NPs) или наноструктур с падающим светом. Поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия (SERS), напротив, представляет собой эффективный аналитический метод, основанный на комбинационном рассеянии света, при котором усиливаются рамановские сигналы молекул, находящихся вблизи определённых специально разработанных наноструктур. Подробно рассмотрены последние революционные достижения в области оптических биосенсоров, использующих технологии LSPR и SERS, а также лежащие в их основе принципы и механизмы работы. Создан чип биосенсора с высокоплотным нанесением наночастиц золота (AuNPs) на подложку при различных концентрациях лиганда и продолжительности реакции. В доступной форме с наглядными иллюстрациями подробно описаны такие понятия, как сенсограмма, сдвиг показателя преломления, поверхностный плазмонный резонанс (SPR), эванесцентное поле, рэлеевское и рамановское рассеяние, а также электромагнитное и химическое усиление. LSPR и SERS имеют свои преимущества и недостатки, однако широко применяемый метод SERS обладает рядом преимуществ перед LSPR, включая химическую специфичность, высокую чувствительность, возможность мультиплексного анализа и универсальность в различных областях. В обзоре подтверждается и разъясняется значение этих методов для выявления различных биомаркеров заболеваний. LSPR и SERS играют важную роль в диагностике различных видов рака, включая рак шейки матки, рак яичников, рак эндометрия, рак предстательной железы, колоректальный рак и опухоли головного мозга. Предлагаемый оптический биосенсор может применяться для ранней диагностики и мониторинга вирусных заболеваний, бактериальных инфекций, грибковых заболеваний, сахарного диабета и болезней сердца. LSPR и SERS открывают новые возможности для экологического мониторинга, контроля безопасности пищевых продуктов, очистки проб воды от примесей и выявления свинца. Понимание принципов работы этих биосенсоров по-прежнему ограничено и сопряжено с трудностями.