组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
花生蛋白Ara h 1（peanut protein Ara h 1）；样品基质：PBS缓冲溶液（含K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6氧化还原探针）
检测原理
该传感器基于抗体-抗原识别与电化学阻抗换能。Au电极表面先形成11-MUA羧基SAM，经EDC/NHSS活化后共价固定抗Ara h 1抗体。当溶液中的花生蛋白Ara h 1与表面抗体特异性结合时，电极表面蛋白膜厚度增加，界面疏水性和空间位阻增大，阻碍K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6氧化还原探针在Au表面的电子转移。EIS在+200 mV（vs Ag/AgCl）、0.05 Hz–15 kHz、5 mV交流扰动下采集谱图，并用Randles等效电路拟合。Ara h 1浓度升高使电荷转移电阻Rct增大、微分电容Cd下降；由于Rct相对变化更大，作者以Rct作为主要检测信号。该体系无标记、无酶催化放大，信号直接来自抗原结合引起的界面电子转移受阻。
检测灵敏度
LOD: less than 0.3 nM；Hanes-Woolf拟合 R^2 = 0.996
效应效果
作者强调该传感器无需标记和酶催化，适合替代ELISA用于花生过敏原现场快速检测。11-MUA SAM在PBS/铁氰化钾溶液中约30 min达到稳态，开路电位稳定在+215至+230 mV。不同Au电极间Rct差异可达25%，但检测仍具可重复性：空白与0.02 µg/mL（0.3 nM）谱图可清晰区分，并在不同Au基底重复；单次实验曾检测到0.005 µg/mL。完整频谱采集约2 min，1–10 Hz对Rct变化最敏感，实际最优频率可能接近100 Hz。论文未报告选择性、抗干扰、实际食品基质回收率或RSD，并指出Au-SAM存在氧化和重现性限制。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃载片上5 nm Ti粘附层和100 nm Au薄膜，作为EIS工作电极
- 自组装单分子层：11-巯基十一烷酸（11-MUA）在Au表面形成羧基终止SAM，提供稳定界面和羧基
- 活化层：EDC/NHSS活化羧基，形成可与抗体氨基反应生成酰胺键的活性酯
- 识别元件：花生蛋白Ara h 1小鼠单克隆抗体（anti-Ara h 1）共价固定于电极表面，特异性结合Ara h 1
- 信号标记物：无标记（reagentless），Ara h 1直接结合后改变电极界面阻抗
- 氧化还原探针：5 mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6在50 mM PBS中提供电子转移反应，用于读取Rct和Cd
- 检测体系：三电极体系，Pt螺旋对电极、Ag/AgCl参比电极和EIS仪器读取阻抗谱
中文摘要
本文报道了一种用于检测花生主要过敏原蛋白Ara h 1的无标记电化学阻抗生物传感器。传感器以玻璃载片上5 nm Ti粘附层和100 nm Au薄膜为工作电极，通过11-巯基十一烷酸（11-MUA）形成羧基终止自组装单分子层（SAM），再用EDC/NHSS活化羧基，将抗Ara h 1小鼠单克隆抗体以酰胺键共价固定于电极表面。在含50 mM PBS和5 mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6的溶液中，采用三电极体系进行电化学阻抗谱（EIS）测量，并将谱图拟合为Randles等效电路。随着Ara h 1浓度增加，电荷转移电阻Rct增大、微分电容Cd下降，其中Rct相对变化更大、灵敏度更高。该传感器检出限估计低于0.3 nM；基于Langmuir吸附等温线和Cd变化计算得到抗体-抗原解离常数Kd为0.52 nM。结果表明，EIS可用于花生过敏原的快速、便携检测，并有望替代耗时且难以自动化的ELISA方法。
英文摘要
A reagentless electrochemical impedance biosensor for detection of peanut protein Ara h 1, one of the allergenic proteins found in peanuts, has been demonstrated using an Au substrate onto which an antibody film has been immobilized. Following initial stabilization of the self-assembled monolayer (SAM) through which the antibody is immobilized, the biosensor substrate exhibits stable impedance spectra at different stages of substrate preparation. By fitting the impedance spectra to a Randles equivalent circuit, one can demonstrate that the charge-transfer resistance (R(ct)) increases and the differential capacitance (Cd) decreases with increasing concentration of Ara h 1, although R(ct) exhibits greater sensitivity. The detection limit of this reagentless biosensor is estimated to be less than 0.3 nM. Assuming a Langmuir adsorption isotherm, the dissociation constant of the peanut protein Ara h 1 and its antibody can be calculated as 0.52 nM from the variation in differential capacitance with Ara h 1 concentration.