组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
Qβ噬菌体（Qβ bacteriophage，Qβ phage）；样品基质：碳酸氢盐缓冲液（pH 8.5，含0.1% Triton X-100）的液体环境
检测原理
本方法不依赖抗体固定，而是将Qβ噬菌体用Alexa647非特异性共价标记后注入液芯ARROW波导。HeNe激光经实芯ARROW波导与液芯波导垂直交叉，在约100–300 fL体积内激发荧光染料；ARROW多层膜使光场限制在液芯中，壁面收集效率低，从而降低背景。标记噬菌体在扩散、压力或电渗作用下穿过激发体积，产生单光子荧光涨落。SPAD以时间相关单光子计数记录光子到达时间，FCS自相关函数拟合得到扩散系数、流速和局部浓度。被测物浓度越高，激发体积内平均粒子数和峰频率越高；粒径越大，扩散系数越小，因此可区分完整噬菌体、亚结构、聚集体和游离染料。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该芯片实现单病毒水平检测，噬菌体局部浓度约3.5 pM，激发体积约300 fL，平均约1个粒子在激发体积内。背景计数约400 s⁻¹；40 nm微球平均1100 s⁻¹、峰值4500 s⁻¹，100 nm微球平均2500 s⁻¹、峰值13000 s⁻¹。完整Qβ噬菌体扩散系数15.90±1.50 μm²/s，与文献一致；低强度峰43.85±1.50 μm²/s，提示部分解聚，混合信号31.75±0.95 μm²/s，流速253 μm/s（60–300 μm/s）。游离Alexa647扩散系数约250 μm²/s，可排除干扰。作者认为其灵敏度与电纳米线、微悬臂、消逝波导、微流控和电容传感相当或更优，优势为平面集成、无需固定、小激发体积和光纤读出。
传感器的构成
- 基底：硅（Si）基底，支撑多层波导结构
- 波导多层膜：交替氮化硅（SiN）与二氧化硅（SiO2）薄膜，构成空心芯ARROW波导，限制光与液体在同一体积
- 实芯ARROW波导：实芯反谐振反射光学波导，导入HeNe激光并与液芯波导垂直交叉，形成约100 fL激发体积
- 微流控区：空心芯ARROW波导臂、微流控通道和10 μl储液池，用于样品传输与电渗/扩散/压力驱动
- 识别元件：未使用抗体/适配体等固定识别元件；Qβ噬菌体衣壳直接非特异性共价标记
- 信号标记物：Alexa647荧光染料，非特异性标记Qβ噬菌体，提供荧光发射信号
- 抗非特异结合剂：0.1% Triton X-100加入缓冲液，降低噬菌体与SiN壁的非特异吸附
- 光学读出：HeNe激光、单模/多模光纤、物镜、荧光滤光片、SPAD和TCSPC板，采集荧光时间序列
中文摘要
本文报道了一种基于集成光流芯片的超灵敏噬菌体检测与分析方法。作者利用反谐振反射光学波导（ARROW）构建平面光流生物传感器，在无需固定病毒的自然液体环境中，对单个Qβ噬菌体进行荧光相关光谱（FCS）分析。Qβ噬菌体质量约为阿托克级，直径约26 nm，经Alexa647荧光染料非特异性标记后注入液芯波导。HeNe激光通过实芯ARROW波导激发约100 fL的交叉体积，单光子探测器记录荧光涨落。通过FCS提取的完整噬菌体扩散系数为15.90±1.50 μm²/s，与文献值一致；同时观察到噬菌体聚集与部分解聚，流速为60–300 μm/s。该结果表明，该芯片有望发展为低成本、便携、可区分不同尺寸病毒的光学生物传感器。
英文摘要
We demonstrate detection and analysis of the Qbeta bacteriophage on the single virus level using an integrated optofluidic biosensor. Individual Qbeta phages with masses on the order of attograms were sensed and analyzed on a silicon chip in their natural liquid environment without the need for virus immobilization. The diffusion coefficient of the viruses was extracted from the fluorescence signal by means of fluorescence correlation spectroscopy (FCS) and found to be 15.90+/-1.50 microm(2)/s in excellent agreement with previously published values. The aggregation and disintegration of the phage were also observed. Virus flow velocities determined by FCS were in the 60-300 microm/s range. This study suggests considerable potential for an inexpensive and portable sensor capable of discrimination between viruses of different sizes.