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
兔IgG（rabbit IgG）、鸡IgG（chicken IgG，阴性对照）；样品基质为PBS缓冲液（pH 7.4）
检测原理
TiO2纳米管阵列作为多孔薄膜，白光垂直入射产生Fabry-Perot干涉反射谱。对反射谱做FFT得到RIFTS峰，峰位对应光学厚度nL（有效折射率×厚度）。蛋白A通过静电吸附固定在负电荷TiO2内壁。兔IgG与蛋白A特异性结合后，孔内填充物质量与折射率增加，nL增加，峰位移动。鸡IgG不结合蛋白A，无特异信号；裸TiO2可非特异吸附鸡IgG，但蛋白A覆盖抑制非特异结合。该体系无标记、无酶或核酸放大，信号与结合蛋白质量近似线性，约1–2 μg蛋白对应1 nm nL移动，检测限对应约14 ng蛋白在约1 mm直径光学探测体积内。
检测灵敏度
LOD: 14 ng蛋白（约1 mm直径圆柱光学探测体积内）；灵敏度: 1–2 μg/nm光学厚度（nL）变化
效应效果
TiO2纳米管阵列在pH 2–12缓冲液中基线稳定，SEM显示厚度约7 μm、孔径约100 nm结构保持；多孔SiO2在pH>8明显降解。蛋白A负载约46 μg/样品，质量负载15%（180 μg/mg TiO2），体积负载115 mg/mL。兔IgG结合使光学厚度增加约20 nm，PBS冲洗无变化；鸡IgG在蛋白A修饰表面无变化，证明特异性；裸TiO2上鸡IgG非特异吸附约50 nm，说明蛋白A覆盖抑制非特异结合。约10%蛋白A具活性。大抗体扩散慢，限制响应时间。作者认为适合宽pH无标记免疫传感和级联检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：钛箔（Ti foil，99.99%）经阳极氧化形成TiO2纳米管阵列，作为多孔光学干涉换能器与支撑基底。
- 纳米材料修饰层：TiO2纳米管阵列（anatase TiO2，厚度约6.71 μm，孔隙率约40%，孔径约100 nm），提供高折射率多孔介质和负电荷内壁。
- 识别元件：蛋白A（Protein A，MW≈42 kDa），静电吸附于TiO2纳米管内壁，特异性捕获兔IgG。
- 信号标记物：无标记（label-free），无荧光、酶或纳米颗粒标记，直接依靠结合质量改变光学厚度。
- 样品流通层：透明聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）流通池，固定多孔膜并允许PBS/样品循环。
中文摘要
本文报道了一种基于二氧化钛（TiO2）纳米管阵列的稳定、无标记光学干涉生物传感器。TiO2纳米管阵列由钛箔阳极氧化并500 °C退火制备，具有高折射率、大内表面和负表面电荷。蛋白A（Protein A）通过静电吸附固定在纳米管内壁，作为捕获探针特异性结合兔免疫球蛋白G（rabbit IgG）的Fc段。反射干涉傅里叶变换光谱（RIFTS）通过提取多孔膜的光学厚度（nL）变化实现无标记检测。兔IgG结合使光学厚度增加约20 nm，而鸡IgG（chicken IgG）不与蛋白A结合，作为阴性对照验证特异性。与多孔二氧化硅（SiO2）相比，TiO2纳米管阵列在pH 2–12范围内保持光学基线稳定，而多孔SiO2在pH>8时明显降解。该传感器适用于宽pH条件下的生物分子相互作用监测和免疫传感。
英文摘要
Optical interferometry of a thin film array of titanium dioxide (TiO2) nanotubes allows the label-free sensing of rabbit immunoglobulin G (IgG). A protein A capture probe is used, which is immobilized on the inner pore walls of the nanotubes by electrostatic adsorption. Control experiments using IgG from chicken (which does not bind to protein A) confirms the specificity of the protein A-modified TiO2 nanotube array sensor. The aqueous stability of the TiO2 nanotube array was examined and compared with porous silica (SiO2), a more extensively studied thin film optical biosensor. The TiO2 nanotube array is stable in the pH range 2 to 12, whereas the porous SiO2 sensor displays significant degradation at pH > 8.