组成图示
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传感器类型
压电(QCM)生物传感器
检测对象
人免疫球蛋白G（human immunoglobulin G, hIgG）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.4）
检测原理
裸石英表面经清洗后直接暴露于PBS，链霉亲和素（SA）通过非特异性吸附固定在石英表面，形成可重复使用的生物素结合基础；随后生物素偶联抗人IgG抗体经生物素-链霉亲和素高亲和结合固定，剩余SA位点用生物素偶联PEG封闭。当hIgG流经传感面时，与抗hIgG抗体发生抗原-抗体结合，使石英表面有效质量增加。55 MHz AT切石英在外部线天线激励下发生纯剪切压电振荡，表面质量增加导致共振频率下降，频率变化与吸附质量近似满足Sauerbrey关系。系统通过无线超外差电路提取共振频率差并积分，得到随hIgG浓度增加而增大的频率响应；高流速可提高传质和结合速度，但可能剥离弱结合SA，降低总响应。
检测灵敏度
可检测浓度: 670 pM；频率响应: 6.7 nM hIgG 543 Hz、67 nM hIgG 663 Hz
效应效果
该传感器利用SA在裸石英上的非特异吸附实现免更换，SA的KD为1.34×10^-7 M，显著低于SPA、BSA、hIgG和PEG。检测hIgG时，6.7 nM和67 nM分别产生543 Hz和663 Hz频率下降，两次注射总响应1206 Hz（0.082 pmol），约为固定抗体的70%，Langmuir拟合KD为9.58 nM，与作者此前Au/自组装单分子层无线QCM结果在20%内一致，可明确检测670 pM hIgG。流速从300到500 µL/min加快结合，但500 µL/min下抗体/SA结合比例仅17%，300 µL/min下为64%，高流速会剥离弱结合SA并降低总响应。清洗后基线波动<0.01%，手动安装基线重现约0.05%，但整体重现性不足，动力学常数误差约10–40%。
传感器的构成
- 基底/换能器：30 µm厚AT切石英片（AT-cut quartz plate），双面机械抛光（Ra<1 nm），作为55 MHz压电谐振器与传感面。
- 固定化基础层：链霉亲和素（streptavidin, SA）非特异性吸附于裸石英表面，提供生物素结合位点并实现免更换。
- 识别元件：生物素偶联抗人IgG抗体（biotin-conjugated anti-hIgG antibody），经生物素-链霉亲和素结合固定，捕获hIgG。
- 封闭剂：生物素偶联聚乙二醇（biotin-conjugated PEG, MW≈5000），封闭SA剩余生物素结合位点。
- 流动相/样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.4），37 °C，流速300或500 µL/min，输送蛋白分析物。
- 无线激励/检测结构：外部线天线（line antenna，两根导线）嵌入聚四氟乙烯（Teflon）块，非接触激励与接收石英振动。
- 机械夹持/流道：1 mm厚硅橡胶（silicon rubber）夹持石英并形成流道，使溶液流过石英双面。
- 读出系统：超外差无线测量电路（superheterodyne spectroscopy）与个人计算机（PC），提取共振频率变化。
中文摘要
本文报道一种免更换、无表面修饰的无线无电极石英晶体微天平（QCM）生物传感器。利用链霉亲和素（SA）在裸石英表面的显著非特异性吸附作为固定化基础，通过生物素标记的识别元件捕获目标分析物。传感器采用30 µm厚AT切石英片，基频约55 MHz，由外部线天线无线激励和检测，无需金属电极，可半永久使用。作者定量比较了SA、蛋白A、BSA、hIgG和羟基端PEG在裸石英上的非特异吸附，得到SA的平衡解离常数KD最小（1.34×10^-7 M），表明其非特异吸附亲和力显著高于其他蛋白。以生物素偶联抗人IgG抗体为识别元件，在PBS中检测人IgG（hIgG），6.7 nM和67 nM hIgG分别引起543 Hz和663 Hz频率下降，系统可明确检测670 pM hIgG，Langmuir拟合KD为9.58 nM。流速影响SA吸附量与结合速度，较高流速加快反应但可能剥离弱结合SA，需权衡。该设计为可重复使用、免芯片更换的实时生物分子相互作用检测提供了新途径。
英文摘要
This paper proposes a replacement-free and surface-modification-free quartz crystal microbalance (QCM) biosensor. With the use of significant nonspecific adsorption of streptavidin on naked quartz surfaces, target analyte is detected through biotin-tagged receptors on streptavidin. The wireless-electrodeless QCM technique is developed with a 30 microm thick AT-cut quartz plate, whose fundamental resonance frequency is 55 MHz, and the naked quartz surfaces are used for the nonspecific adsorption of streptavidin. Once it is installed in the sensor cell, it can be used semipermanently; it never needs to be replaced. The equilibrium dissociation constant of streptavidin on quartz is determined to be 1.3 x 10(-7) M. The flow rate affected the number of the adsorbed streptavidin on quartz as well as the binding velocity.