组成图示
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传感器类型
其他（光学干涉生物传感器）
检测对象
触珠蛋白（haptoglobin, Hp）、前列腺特异性抗原（prostate-specific antigen, PSA）；样品基质：人血清/血清稀释液、缓冲液（PSA 加标血清）
检测原理
BioCD 将目标抗原与固定在旋转硅晶圆表面的抗体点阵特异性结合，使表面结合蛋白质量增加，从而改变局部光程和相位。高速旋转使激光扫描采样频率远离 1/f 噪声，相位正交干涉将表面蛋白引起的相位调制转换为远场强度调制，实现无标记直接检测。haptoglobin 结合响应可用拉伸 Langmuir 函数描述，饱和高度约 2 nm，kD=180 ng/ml，e=0.65；表面高度 50 pm 对应 1 ng/ml。PSA 夹心分析中，第二抗体作为质量标记结合已捕获抗原，增加高度增量并抑制非特异结合。信号随结合质量/表面高度增加而增强，通过标准曲线将高度增量转换为浓度；增加点阵数量可按平方根规律降低最小可测浓度。
检测灵敏度
LOD: 1 ng/ml（haptoglobin，表面高度 50 pm）；LOD: 1 ng/ml（PSA 血清）；haptoglobin 标准曲线范围: 0.3 ng/ml–10 ug/ml；haptoglobin 定量动态范围: 100:1（10 ng/ml–1 ug/ml）；PSA 最小可测浓度: 8 ng/ml（单点 label-free）、300 pg/ml（1000 点 label-free）、30 pg/ml（1000 点 sandwich）；PSA 10 ng/ml 响应: 0.5 nm，σ=50 pm
效应效果
haptoglobin 分析在 10 ng/ml–1000 ng/ml 内回收 CV 低于 20%，10 ng/ml–1 ug/ml 实现 100:1 动态范围。PSA 夹心分析在 2 mg/ml 蛋白背景中检测 10 ng/ml 时，超过 10000 个抗体点阵平均高度增量 0.5 nm，标准差 50 pm；增加点阵数可按平方根规律改善检出限。人血清 20:1、9:1、3:1 稀释液均得到相似标准曲线，3:1 响应与 20:1 同范围，说明能抑制非特异性血清蛋白结合。作者认为该传感器可在复杂血清背景中实现约 1 ng/ml PSA 检测，并通过每盘检测数与检出限权衡实现多重检测，适合临床诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅晶圆（silicon wafer），100 mm 直径，高速旋转并作为干涉测量表面
- 微区定义层：疏水油墨（hydrophobic ink）表面层，划分 96 孔或单孔并隔离样品
- 捕获/定向层：Protein A/G 蛋白点阵，结合抗体 Fc 段并定向固定检测抗体
- 识别元件：anti-PSA antibody（抗 PSA 抗体）点阵，特异性捕获 PSA；haptoglobin 免疫分析中由 Protein A/G 定向固定相应抗体
- 参考元件：IgY 抗体点阵，作为非特异性结合参考点
- 信号放大/质量标记：sandwich antibody（第二夹心抗体），结合已捕获抗原，增加表面质量并辅助区分非特异结合
中文摘要
BioCD 是一种基于高速旋转盘干涉仪的光学生物传感器，用于多重免疫分析蛋白阵列中抗原结合的直接检测。其高频采样将测量频率移出 1/f 噪声区，实现约 50 dB 的噪声基底抑制，并达到 1 pm 的表面结合蛋白高度分辨率。本文报道了 BioCD 在临床相关人类诊断免疫分析中的应用，包括人血清中的触珠蛋白（haptoglobin）和前列腺特异性抗原（PSA）检测。触珠蛋白标准曲线覆盖 0.3 ng/ml 至 10 ug/ml，表面高度检出限为 50 pm，对应浓度约 1 ng/ml，并在 10 ng/ml 至 1 ug/ml 范围内实现 100:1 的定量动态范围。PSA 夹心免疫分析在 2 mg/ml 蛋白背景中检测 10 ng/ml 时，表面高度增量约 0.5 nm；通过增加抗体点阵数量，检出限可按平方根规律改善，1000 个点的夹心分析最小可测浓度达 30 pg/ml。人血清稀释液中的标准曲线表明该传感器可抑制非特异性血清蛋白结合，实现血清中约 1 ng/ml 的 PSA 检测。
英文摘要
The BioCD is an optical biosensor that uses high-speed spinning-disk interferometry for direct detection of antigen binding in multiplexed immunoassay protein arrays. The high-frequency sampling suppresses the noise floor and enables a metrology-limited height resolution of 1 picometer for measuring surface-bound protein. In assay protocols there is a direct trade-off between multiplex degree and limit of detection. In this paper, we demonstrate quantitative assays and the scaling properties of direct detection on the BioCD in assays of clinical relevance for human diagnostics, including haptoglobin assays and prostate-specific antigen assays in human patient sera.