组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
特异性抗体（抗GSH、抗HA、抗FLAG、抗蛋白A IgG）、凝集素A(concanavalin A)；样品基质：缓冲液、生理盐水、血清
检测原理
本文所述传感验证主要基于金核单分子层保护簇(Au MPC)的生物模拟物识别。首先，通过硫醇位点交换或酰胺/酯偶联将肽、蛋白或碳水化合物表位展示在Au MPC表面，形成多价抗原模拟物；该模拟物可静电固定于QCM晶体或用于SPR/ELISA界面。当特异性抗体或凝集素A等配体与表位结合时，界面质量或折射率发生变化。在QCM中，结合事件增加压电晶体表面质量负载，导致共振频率下降；Au MPC的大分子量和多价表位展示提供质量放大，使信号随抗体浓度或结合量增加而增强。在SPR中，结合引起界面折射率变化，可得到结合与解离动力学；在ELISA中，酶标记二抗催化底物显色。整体信号正比于识别事件数量。
检测灵敏度
LOD: reaching easily to the nanogram level and down to hundreds of picograms (QCM)；LOD: subnanogram (SPR)
效应效果
文中报道的模拟物表现出良好选择性与稳定性。抗GSH多克隆抗体可特异性识别GSH-MPC，并能区分仅差一个氨基酸的tiopronin-MPC；HA-MPC相比二维自组装单分子层(SAM)能更高效展示表位，获得更高的抗体/肽结合比；炭疽保护性抗原(PA)环表位MPC比线性表位MPC具有更高亲和常数Ka，尤其在生理盐水浓度下结合更强。金MPC具有水溶性和数月空气/水稳定性，QCM检测可达纳克级并低至数百皮克，SPR具亚纳克检测限。作者认为这些纳米模拟物可替代危险天然生物分子，用于免疫分析、药物靶向、生物传感器开发和生物催化。
传感器的构成
- 换能器基底：石英晶体微天平(QCM)压电晶体，作为质量传感换能器，通过频率变化响应表面结合事件
- 纳米材料修饰层：金核单分子层保护簇(Au MPC)，由硫醇配体如硫代丙氨酸(tiopronin)、谷胱甘肽(GSH)、4-巯基苯甲酸(4-MBA)、1-硫基-β-D-葡萄糖或TMA稳定，提供水溶性、稳定性和多价展示平台
- 识别元件：表面肽/蛋白/碳水化合物模拟物，如流感血凝素(HA)表位肽、炭疽保护性抗原(PA)环肽、谷胱甘肽(GSH)、蛋白A(Protein A)或凝集素A(concanavalin A)结合碳水化合物，用于特异性结合抗体或配体
- 识别/检测元件：特异性抗体（如抗-HA、抗-FLAG、抗-GSH、抗蛋白A IgG）或凝集素A(concanavalin A)，与模拟物结合形成复合物
- 信号放大元件：金纳米颗粒大分子量与多价表位展示，在QCM质量检测中提供内置放大
- 信号读出：QCM频率偏移、SPR折射率变化或ELISA酶标显色，用于定量识别事件
中文摘要
本文以固体化学为基础，综述了生物学与材料科学在自下而上设计生物相关纳米材料方面的交叉进展，重点讨论基于金属纳米颗粒（尤其是金）的生物模拟物。作者介绍了通过简便合成方法将小分子、肽、蛋白质和碳水化合物等生物相关分子以构象有利的取向偶联到纳米颗粒表面的策略，形成稳定、安全且有效的生物分子替代品，可用于药物靶向、免疫学研究、生物传感器开发和生物催化。文中还总结了金核单分子层保护簇(MPC)的硫醇配体合成、位点交换功能化、直接单分子层功能化，以及TEM、质谱、热重分析、核磁共振、红外光谱等表征方法。最后，作者强调酶联免疫吸附测定(ELISA)、石英晶体微天平(QCM)和表面等离子共振(SPR)等标准生物分析技术可用于验证这些纳米模拟物的抗原识别活性，并指出金属纳米颗粒生物模拟物有望在免疫分析和催化中替代天然生物分子。
英文摘要
Centered on solid chemistry foundations, biology and materials science have reached a crossroad where bottom-up designs of new biologically important nanomaterials are a reality. The topics discussed here present the interdisciplinary field of creating biological mimics. Specifically, this discussion focuses on mimics that are developed using various types of metal nanoparticles (particularly gold) through facile synthetic methods. These methods conjugate biologically relevant molecules, e.g., small molecules, peptides, proteins, and carbohydrates, in conformationally favorable orientations on the particle surface. These new products provide stable, safe, and effective substitutes for working with potentially hazardous biologicals for applications such as drug targeting, immunological studies, biosensor development, and biocatalysis. Many standard bioanalytical techniques can be used to characterize and validate the efficacy of these new materials, including quartz crystal microbalance (QCM), surface plasmon resonance (SPR), and enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Metal nanoparticle-based biomimetics continue to be developed as potential replacements for the native biomolecule in applications of immunoassays and catalysis.