组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
其他（漏表面声波(LSAW)生物传感器）
检测对象
人乳头瘤病毒18型基因组DNA（HPV18 genomic DNA）；样品基质：临床患者分泌物提取DNA、HPV18质粒DNA标准品
检测原理
LSAW 在 LiTaO3 压电单晶表面传播，对表面质量负载、粘度和电导变化敏感。5′-巯基 bis-PNA 探针通过硫醇法固定于金膜反应区，与 HPV18 双链基因组 DNA 的同嘌呤区发生链置换，形成稳定的 PNA-DNA-PNA 三链体，无需 PCR 扩增。靶 DNA 结合后增加反应区表面质量负载并改变声波传播界面，使 LSAW 相位发生偏移 ΔP。检测通道与参考通道差分可扣除温度、粘度等环境漂移。靶浓度升高时，结合量增加，相位偏移增大；在 1 pg/L–100 μg/L 范围内呈线性，100 μg/L 后因探针饱和而趋于平台。该体系主要依靠双 PNA 高亲和三链识别和 LSAW 高表面敏感性实现检测，未使用酶或纳米放大。
检测灵敏度
LOD: 1.21 pg/L；线性范围: 1 pg/L–100 μg/L；灵敏度斜率: 0.3010（ΔP = 0.3010IgC + 2.1753）；相关系数: 0.9932
效应效果
该传感器选择性良好：bis-PNA 对完全互补靶序列相位偏移 2.87±0.22°，单碱基错配仅 0.71±0.10°，双碱基错配无显著响应；DNA 探针则分别为 2.03、1.56、0.91°，说明 PNA 识别更特异。批内 CV 为 5.99%–6.76%，批间 CV 为 7.09%–8.44%，均低于 10%；再生 5 次保留 90.6% 活性，10 次保留 71.9%，CV 9.71%。临床 36 例 PCR 阳性样本中 35 例检出，阳性率 97.22%，14 例阴性对照均阴性，Kappa>0.75 且 p<0.01，与实时 PCR 一致性显著。总检测时间小于 3 h，检测池组装约 1 min，可实时监测；作者认为该平台适合临床样本直接、快速检测 HPV。
传感器的构成
- 压电基底：36°旋转、y切、x传播 LiTaO3 单晶，承载并传播 100 MHz LSAW。
- 互指换能器：SPUDT 与反射条阵构成的 IDT，金属蒸发、RIE 和离子溅射制作，产生和接收表面声波。
- 粘附层：Cr 层，增强 LiTaO3 与金膜之间的附着。
- 反应区金膜：离子溅射 Au 膜，作为探针固定表面和生物敏感层基底。
- 识别元件：5′-巯基 bis-PNA 探针，经硫醇法固定于金膜，特异性识别 HPV18 基因组 DNA。
- 双通道结构：检测通道与参考通道，参考通道用于扣除环境漂移并提高信噪比。
中文摘要
本研究成功构建了具有双二端口谐振器的新型漏表面声波（LSAW）双肽核酸（bis-PNA）生物传感器，用于人乳头瘤病毒（HPV）的定量检测。bis-PNA 探针无需聚合酶链反应（PCR）扩增即可直接检测 HPV 基因组 DNA，且与 DNA 探针相比能更有效、更特异性地结合靶 DNA 序列。当靶 DNA 浓度在 1 pg/L 至 1000 μg/L 范围内变化时，以 100 μg/L 为最优，靶量与相位偏移之间呈现典型线性关系。检测限为 1.21 pg/L，临床特异性为实时 PCR 的 97.22%。bis-PNA 探针能够区分仅相差一个碱基的序列。批内和批间变异系数均小于 10%，传感器可再生十次且活性无明显损失。因此，该 LSAW 生物传感器技术平台可应用于临床样本的直接 HPV 检测。
英文摘要
A novel leaky surface acoustic wave (LSAW) bis-peptide nucleic acid (bis-PNA) biosensor with double two-port resonators has been constructed successfully for the quantitative detection of human papilloma virus (HPV). The bis-PNA probe can directly detect HPV genomic DNA without polymerase chain reaction (PCR) amplification, and it can bind to the target DNA sequences more effectively and specifically than a DNA probe. When the concentrations varied from 1 pg/L to 1000 microg/L, with 100 microg/L being the optimal, a typical linearity was found between the quantity of target and the phase shifts. The detection limit was 1.21 pg/L and the clinical specificity was 97.22% of that of real-time PCR. The bis-PNA probe was able to distinguish sequences that differ only in one base. Both the intraassay and interassay coefficients of variance (CVs) were <10%, and the biosensor can be regenerated for ten times without appreciable loss of activity. Therefore, this technical platform of LSAW biosensor can be applied to clinical samples for direct HPV detection.