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
前列腺特异性抗原（PSA, prostate specific antigen）；样品基质：前列腺癌患者血清、PSA加标女性血清
检测原理
BioCD以120 nm SiO2/Si为基底，在488 nm s偏振光、30°入射下工作。蛋白层改变界面反射率，ΔR与蛋白光学偶极密度/等效厚度成正比，旋转盘扫描将反射率图转换为蛋白高度图。丁醛修饰的SiO2通过席夫碱共价固定抗PSA抗体；血清中PSA被捕获后，第二抗PSA抗体形成夹心复合物，进一步增加表面质量。每个抗体点与参考点配对，用抗体点高度增量减去参考点增量扣除非特异结合。PSA浓度越高，捕获及夹心质量越大，反射率变化越大，按Langmuir方程拟合得到浓度。
检测灵敏度
LOD: 4 ng/ml in serum；LOD: 1 ng/ml in 1:4 serum (equivalent to 4 ng/ml in full serum)
效应效果
该传感器通过参考点扣除、席夫碱还原、酪蛋白封闭和0.05% Tween 20抑制血清非特异结合，高度灵敏度为10 pm（点间误差）。0 ng/mL阴性对照响应为0.007±0.0094 nm，1 ng/mL加标响应为0.039±0.0078 nm，差值0.032 nm，标准误差0.012 nm，使用128个斑点降低误差。三个患者血清PSA恢复浓度为30、50和4800 ng/mL，ELISA结果为30、120和2100 ng/mL，整体相关良好；Langmuir拟合KD为15.8 ng/mL。单盘可并行96孔检测，扫描约60 min，分析<10 min，作者认为其可用于临床高背景样品检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：120 nm热氧化SiO2/Si硅片，作为光学干涉换能基底，蛋白层改变反射率
- 表面功能化层：三乙氧基硅基丁醛（TESBA）硅烷化形成的丁醛修饰层，提供醛基用于抗体共价固定
- 识别元件：抗PSA多克隆抗体（anti-PSA, G-126-C, Biospecific）点阵，捕获血清中的PSA
- 参考元件：抗兔IgG（anti-rabbit IgG, R2004, Sigma）参考点，用于局部非特异结合背景扣除
- 稳定/封闭层：NaBH4还原席夫碱并将残余醛基还原，酪蛋白（casein）封闭非特异结合位点
- 信号放大元件：第二抗PSA抗体（anti-PSA, G-126-C, 10 μg/mL）形成夹心复合物，增加捕获质量
- 微区划层：超疏水表面垫/油墨（ultra-hydrophobic surface pads/ink）划分96孔，限制孵育液
- 读出系统：488 nm氩离子激光、硅基探测器与旋转盘扫描系统，获取反射率图并转换为蛋白厚度
中文摘要
无荧光生物传感器阵列可直接测量蛋白表面密度，无需荧光或酶标记，因而能提供定量且一致的信号。然而，由于非特异性结合，少数无荧光蛋白阵列在高背景样品（如血清）中成功应用。本文测试了基于光学干涉的BioCD作为无荧光生物传感器，并利用96孔抗PSA微阵列在患者血清中检测前列腺特异性抗原（PSA，前列腺癌生物标志物）。通过丁醛表面化学、席夫碱还原、酪蛋白封闭、含Tween 20的孵育缓冲液以及参考点扣除，抑制了血清高蛋白背景引起的非特异结合。该体系在血清中达到4 ng/mL的检出限，并测定了患者血清PSA浓度，结果与ELISA良好相关。在高蛋白背景中实现PSA定量表明，BioCD有望突破无荧光生物传感器在高背景样品中的应用限制，具备临床应用潜力。
英文摘要
Fluorescence-free biosensor arrays for protein detection directly measure the protein surface density, and do not require a fluorophore or enzyme label, and provide quantitative and consistent signals. However, few fluorescence-free biosensor protein arrays have demonstrated successful application in high-background samples, such as serum, due to non-specific binding. We tested the BioCD as a fluorescence-free biosensor based on optical interferometry, and used it to detect prostate specific antigen (PSA, a biomarker of prostate cancer) in patient sera in a 96-well anti-PSA microarray. We have attained a 4 ng/ml detection limit in serum and have measured PSA concentrations in patient sera. The measured concentrations correlated well with enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) results. The measurement of PSA concentrations in high-level protein backgrounds suggests that the BioCD has a potential for clinical applications by removing the restriction of fluorescence-free biosensors from high-background applications.