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
电化学生物传感器
检测对象
血清细胞因子白介素-12（Interleukin-12, IL-12）；样品基质：PBS及含0%、1%、100%胎牛血清（FBS）的复杂溶液（模拟血清/体液）
检测原理
传感器以金工作电极为换能界面，16-MHDA自组装膜通过EDC/sulfo-NHS共价固定抗IL-12单克隆抗体。当血清中IL-12与抗体特异性结合后，电极表面形成更大的蛋白层，改变界面电荷分布、双电层结构和空间位阻，阻碍铁氰化钾/亚铁氰化钾氧化还原探针在Au表面的电子转移。EIS在1–100000 Hz扫描，5 Hz低频处阻抗变化最大，Z5 Hz随IL-12浓度升高而增大；在生理浓度范围内对log浓度呈线性。该法为无标记检测，不使用酶催化、HCR、RCA或CRISPR-Cas等放大策略，信号直接来自抗体-抗原结合引起的界面阻抗变化。
检测灵敏度
LOD: 3.5 pg/ml（3.3Sigma FDA方法）；<100 fM；线性范围: 0–25 pg/ml（对log浓度线性）；R^2 = 0.99（0% FBS）；R^2 = 0.84（1% FBS）；R^2 = 0.43（100% FBS）；饱和: 250 pg/mL
效应效果
该传感器为单步无标记检测，从加样到检测仅需90 s，较ELISA、放射免疫分析或质谱更简便。0–100 pg/ml范围内RSD为9.92–16.13%，优于此前银带电极的11.07–25.51%；0.1–500 pg/mL总体RSD约9%。生理水平下f值<0.0001，3.75与7.5 pg/ml间f值为0.08。0% FBS中约10 pg/ml以下高度线性，最大检测约250 pg/mL；1% FBS保留完整动态范围；100% FBS动态范围显著缩短，最大检测降至5 pg/mL，主要归因于扩散限制。作者认为其低成本、可批量制造，适合临床体液生物标志物监测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：可抛弃印刷电路板（PCB）铜箔，经光刻蚀刻形成三电极，并用Plasti Dip绝缘层形成100 μL样品池
- 电镀金属层：工作电极和对电极依次电镀镍（Ni）和金（Au），参比电极刷镀银（Ag）并氯化形成Ag/AgCl
- 界面修饰层：16-巯基十六烷酸（16-MHDA）在金表面自组装形成羧基化单分子层，提供抗体固定位点
- 活化交联层：EDC与sulfo-NHS活化16-MHDA羧基，形成可与抗体氨基反应的中间体
- 识别元件：抗IL-12单克隆抗体（anti-IL-12 IgG/MAb）共价固定于电极表面，特异性识别IL-12
- 封闭剂：乙醇胺（ethanolamine）封闭未反应羧基，降低非特异性吸附
- 氧化还原探针：5 mM铁氰化钾（K3Fe(CN)6）和5 mM亚铁氰化钾（K4Fe(CN)6）作为EIS电子转移探针
- 信号标记物：无标记（label-free）检测，不依赖酶或荧光标记放大
中文摘要
本文报道了一种基于无标记电化学阻抗谱（EIS）监测的血清细胞因子白介素-12（IL-12）生物传感器。IL-12过表达与多发性硬化（MS）诊断相关。该免疫传感器通过在可抛弃印刷电路板（PCB）电极上电镀金，并在电极表面固定抗IL-12单克隆抗体（MAb）制备而成。该方法可获得稳健传感器，便于可重复批量制造并易于改变电极形状。结果表明，这种新型PCB传感器能够以无标记、快速方式在生理水平检测IL-12，检测水平低于100 fM，f值为0.05（通常<0.0001），并获得对数浓度线性检测范围。研究还探讨了在复杂生物溶液中的检测，但在100%复杂溶液中动态范围显著降低。该低成本方法有望用于诊断具有已知体液生物标志物的疾病（如MS），以及监测医疗、食品和环境相关生物分子的生理水平。
英文摘要
A biosensor for the serum cytokine, Interleukin-12 (IL-12), based upon a label-free electrochemical impedance spectroscopy (EIS) monitoring approach is described. Overexpression of IL-12 has been correlated to the diagnosis of Multiple Sclerosis (MS). An immunosensor has been fabricated by electroplating gold onto a disposable printed circuit board (PCB) electrode and immobilizing anti-IL-12 monoclonal antibodies (MAb) onto the surface of the electrode. This approach yields a robust sensor that facilitates reproducible mass fabrication and easy alteration of the electrode shape. Results indicate that this novel PCB sensor can detect IL-12 at physiological levels, <100 fM with f-values of 0.05 (typically <0.0001) in a label-free and rapid manner. A linear (with respect to log concentration) detectable range was achieved. Detection in a complex biological solution is also explored; however, significant loss of dynamic range is noted in the 100% complex solution. The cost effective approach described here can be used potentially for diagnosis of diseases (like MS) with known biomarkers in body fluids and for monitoring physiological levels of biomolecules with healthcare, food, and environmental relevance.