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
抗牛血清白蛋白抗体（anti-BSA antibody，缓冲液样品）、展示Strep-tag II肽的重组大肠杆菌（Strep-tag II-displaying E. coli GI826，细胞悬液）
检测原理
该传感器基于压电QCM的Sauerbrey效应：晶体表面质量增加引起共振频率下降。金表面经16-MA、EDC/NHS-乙二胺和葡聚糖-生物素水凝胶修饰后，通过生物素-亲和素作用固定SAv。SAv可在线捕获bBSA，随后anti-BSA与bBSA结合；或SAv直接识别鞭毛展示Strep-tag II肽的大肠杆菌。识别事件使界面质量增加，产生负频率偏移Δf，且Δf随被测物浓度或结合量增大而增大。水凝胶三维网络提高生物分子负载并维持活性。通过实时传感器图拟合获得kon、koff和KD；细胞结合采用Langmuir平衡等温线拟合Δfe与细胞浓度关系，得到KD。STEM用生物素化金纳米颗粒标记验证细胞识别。
检测灵敏度
灵敏度斜率: 784 Hz/lg（空气中理论值）；R = 0.982
效应效果
该芯片选择性良好：bBSA捕获芯片对10 μM GST/His仅产生微小且可完全恢复的频率下降，对0.3 μM anti-BSA产生明显快速响应；抗polyHis抗体响应弱。单芯片连续三次检测anti-BSA，glycine-HCl再生后频率基本恢复，bBSA未被洗脱，后两次响应稳定。免疫检测拟合得kon=5.9 μM^-1 h^-1、koff=10.1 h^-1、KD=1.71 μM。细胞检测中，Strep-tag II展示大肠杆菌频率下降显著且洗脱不恢复，STEM证实；平衡拟合KD=6.8±1.9×10^8 CFU/ml，Δfe,max=88±6 Hz，R=0.982。适用于实时重复免疫检测、在线动力学和高亲和肽筛选。
传感器的构成
- 基底/换能器：金沉积石英晶体微天平（QCM）晶体（9 MHz），作为压电换能器与质量传感基底
- 自组装单分子层：16-巯基十六酸（16-MA）在金表面形成羧基末端自组装层，提供后续化学连接位点
- 化学连接层：EDC/NHS活化羧基，乙二胺（ethylenediamine）引入氨基末端，乙醇胺封闭未反应位点
- 水凝胶识别/连接层：预偶联葡聚糖-生物素复合物（dextran–biotin，由POD与BAPA经席夫碱并NaCNBH3还原形成）浸涂，形成生物素化水凝胶
- 亲和固定层：链霉亲和素（SAv）通过生物素-亲和素作用固定于水凝胶表面，用于定向捕获生物素化分子
- 捕获/识别层：生物素化牛血清白蛋白（bBSA）在线结合SAv；抗BSA抗体（anti-BSA）识别bBSA；或鞭毛展示Strep-tag II肽的大肠杆菌（E. coli GI826/pStrepII）被SAv识别
- 信号标记层：STEM验证用生物素化金纳米颗粒（Au NPs，20 nm）标记SAv结合细胞；QCM检测为无标记质量变化
- 工作/再生介质：5 mM醋酸缓冲液（pH 5.0）作为工作液，0.1 M glycine-HCl（pH 2.3）用于抗原-抗体复合物再生
中文摘要
本研究制备了一种生物素-水凝胶包被的石英晶体微天平（QCM）芯片：先将金沉积QCM晶体用长链烷硫醇修饰，再通过预偶联的葡聚糖-生物素水凝胶浸涂，形成可稳定储存的生物素芯片；随后利用链霉亲和素（SAv）与生物素的高亲和作用固定SAv，构建SAv芯片。该芯片可在线捕获生物素化牛血清白蛋白（bBSA），并对抗牛血清白蛋白抗体（anti-BSA）产生敏感、特异的频率响应，单芯片可重复完成三次免疫检测，实时传感器图拟合得到表观结合动力学参数 kon=5.9 μM^-1 h^-1、koff=10.1 h^-1、KD=1.71 μM。此外，SAv芯片能选择性识别鞭毛展示人工SAv结合肽Strep-tag II的重组大肠杆菌，并经生物素化金纳米颗粒标记的扫描透射电镜（STEM）验证；通过平衡结合动力学在线解析细胞展示肽与表面SAv的亲和力，KD为6.8×10^8 CFU/ml。该芯片制备简便、经济、可靠，适用于实时重复免疫检测、在线结合动力学研究和高亲和肽筛选。
英文摘要
A biotin-coated quartz crystal microbalance (QCM) chip was prepared by dip-coating a long-chain alkanethiol-modified crystal with precoupled dextran-biotin hydrogels. The resulting biotin chip was used to affinity-immobilize streptavidin (SAv) and was then further employed for various biosensor assays. First, the SAv chip allowed efficient on-line binding of biotinylated bovine serum albumin (bBSA), followed by a sensitive and specific response toward anti-bovine serum albumin (BSA) antibodies. Three consecutive immunoassays were reproducibly demonstrated with a single chip. The apparent binding kinetics with k(on)=5.9 microM(-1) h(-1), k(off)=10.1 h(-1), and K(D)=1.71 microM was readily resolved by fitting the real-time sensorgrams. Second, the capability of the SAv chip to selectively recognize recombinant Escherichia coli with flagella displaying an artificial SAv binding peptide, Strep-tag II, was demonstrated by QCM analysis and verified by scanning transmission electron microscope (STEM) image analysis with biotin-coated gold nanoparticles as the label. Finally, the affinity of the cell-displayed Strep-tag II peptide to surface-coated SAv, K(D)=6.8 x 10(8) CFU/ml, was resolved on-line using equilibrium binding kinetics by QCM. This study presents an easy, economical, and reliable method of preparing high-performance SAv-coated biotin chips with potential for application in real-time repetitive immunoassays, on-line binding kinetics studies, and high-affinity peptide screening.