组成图示
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传感器类型
其他（巨磁阻磁纳米生物传感器）
检测对象
癌胚抗原（CEA）、血管内皮生长因子（VEGF）、上皮细胞黏附分子（EpCAM）、乳铁蛋白（lactoferrin, Ltf）、存活蛋白（survivin）、粒细胞集落刺激因子（G-CSF）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、嗜酸性粒细胞趋化因子（eotaxin）；样品基质包括 PBS、小鼠血清、细胞裂解液、人尿、人唾液、人血清。
检测原理
GMR传感器表面固定捕获抗体，目标蛋白结合后，生物素化检测抗体与目标蛋白另一表位结合形成夹心结构，链霉亲和素包被超顺磁纳米颗粒再结合生物素。外部Helmholtz磁场使磁颗粒磁化，在GMR传感器附近产生局部磁场变化；GMR多层薄膜因量子磁阻效应电阻改变，读出电路将其转换为电压变化（µVrms）。磁颗粒数量与目标蛋白浓度成正比，信号随浓度增加而实时上升直至饱和。通过磁放大（将多个磁标签连接到已捕获磁标签）可进一步降低检出限。由于生物基质无磁背景，pH、离子强度、温度与浊度影响小，实现宽动态范围。
检测灵敏度
LOD: 无放大时 single-femtomolar（10−15）；放大后 50 attomolar（10−18）above background（P < 0.05）；线性范围: over six orders of magnitude（log-log）；R^2: CEA PBS 0.9935、CEA mouse serum 0.974、VEGF PBS 0.9863、VEGF mouse serum 0.9781
效应效果
该磁纳米传感器对pH 4–10、离子强度、温度（经实时温度校正）和浊度不敏感；PBS与小鼠血清中CEA、VEGF校准曲线几乎一致，0 ng ml−1背景极低。芯片含64个可寻址GMR传感器，可四重复同时检测8种肿瘤标志物；传感器间与芯片间在数周至数月内重现性良好。与ELISA相比，无放大LOD达femtomolar，放大后50 aM，比ELISA（1–5 pM）灵敏度高约1000倍，线性动态范围超6个数量级。在人尿、人唾液、人血清中可检测加标蛋白；唾液中多数信号偏低，乳铁蛋白因本底约5 µg ml−1升高。在荷瘤小鼠中CEA从2 fM升至300 fM，ELISA未检出。未报告RSD与回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器：巨磁阻（GMR）多层薄膜传感器阵列，100×100 µm²，电阻约2.5 kΩ、磁阻12%，将局部磁场变化转换为电阻/电压变化
- 芯片封装：陶瓷84引脚芯片载体（LCC08423）与金线键合，Tygon管反应池及EP5340环氧固定，提供机械支撑与样品接触
- 表面修饰层：化学修饰的氧化物表面，用于共价/化学固定捕获抗体
- 识别元件：捕获抗体（anti-CEA、anti-VEGF、anti-EpCAM、anti-lactoferrin、anti-survivin、anti-G-CSF、anti-TNF-α、anti-eotaxin），特异性结合目标蛋白
- 检测抗体：生物素化多克隆检测抗体（biotinylated polyclonal detection antibody），与目标蛋白另一表位结合形成夹心结构
- 信号标记物：链霉亲和素包被超顺磁纳米颗粒（streptavidin-coated superparamagnetic magnetic nanoparticle tags, MACS 130-048-102），结合生物素并提供磁信号
- 封闭/清洗：1% BSA in PBS 封闭，0.1% BSA + 0.2% Tween-20 in PBS 清洗，降低非特异结合
- 外部磁场/读出：Helmholtz线圈提供调制磁场，GMR传感器实时输出电压变化（µVrms）
中文摘要
体外诊断生物传感器的发展有望改变医学实践，但目前仍缺乏可普遍应用于血清、尿液、细胞裂解液或唾液等多种临床样品的高灵敏、宽线性动态范围通用蛋白检测平台。复杂基质中离子强度、pH、温度和自荧光差异常导致信号失真。本文报道一种基质不敏感的磁纳米传感器技术，可快速、多路检测蛋白，分辨率达阿托摩尔水平，并具有宽广线性动态范围。该平台利用巨磁阻（GMR）传感器阵列检测表面固定抗体与磁性纳米颗粒标记之间的夹心免疫结合事件；在外加磁场下，超顺磁纳米颗粒磁化并改变 GMR 传感器局部磁场，从而实时转换为电阻/电压信号。1.2 cm × 1 cm 芯片集成 64 个 GMR 传感器，可在多种生物流体中实现超过六个数量级的线性动态范围。其基质不敏感性表明该技术可直接用于分子生物学、临床诊断和生物防御。
英文摘要
Advances in biosensor technologies for in vitro diagnostics have the potential to transform the practice of medicine. Despite considerable work in the biosensor field, there is still no general sensing platform that can be ubiquitously applied to detect the constellation of biomolecules in diverse clinical samples (for example, serum, urine, cell lysates or saliva) with high sensitivity and large linear dynamic range. A major limitation confounding other technologies is signal distortion that occurs in various matrices due to heterogeneity in ionic strength, pH, temperature and autofluorescence. Here we present a magnetic nanosensor technology that is matrix insensitive yet still capable of rapid, multiplex protein detection with resolution down to attomolar concentrations and extensive linear dynamic range. The matrix insensitivity of our platform to various media demonstrates that our magnetic nanosensor technology can be directly applied to a variety of settings such as molecular biology, clinical diagnostics and biodefense.