组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
其他（表面应力微膜生物传感器）
检测对象
大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli），样品基质为LB培养基（含活菌或死菌，1.7×10^3 cells/µl）及蒸馏水对照
检测原理
该传感器以PDMS微膜为敏感元件，膜表面部分镀金并修饰烷硫醇自组装单分子层（SAMs）。当大肠杆菌（E. coli）加入后，菌体表面的磷脂、氨基酸、脂多糖（LPS）等与MUA、MUO或DOT末端基团发生氢键、静电或范德华相互作用，在膜表面产生表面应力。由于活性膜与参考膜所受应力不同，PDMS微膜发生可测偏转；参考膜用于扣除温度、流动、振动和非特异结合等环境因素。白光干涉仪或光纤干涉仪将纳米级偏转转换为位移或电压信号。活菌与死菌因LPS等表面结构变化导致结合量和表面应力不同，因此偏转大小不同。该过程无外源标记，依赖表面应力与干涉位移读出。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该传感器采用活性膜与参考膜差分设计，可扣除温度、流动、振动和非特异结合等环境干扰，提高信噪比。实验在1.7×10^3 cells/µl大肠杆菌LB培养基中进行，10 min内膜偏转变化较小，说明短期响应稳定。三种功能化膜中，MUA因-COOH与菌体表面-NH2、-COOH、-OH及O等相互作用更强，结合量与表面应力最大，优于MUO和DOT；活菌偏转大于死菌，提示可区分细胞状态。白光干涉仪系统空间分辨率达1 nm，时间分辨率约1 min；光纤干涉仪系统时间分辨率<0.5 s，空间分辨率最低20 nm，可连续监测。作者认为该平台可扩展至其他细胞或分子检测，并用于医学诊断和病理变化分析。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅基底（silicon substrate）带梯形结构，支撑PDMS微膜并构成敏感元件几何结构。
- 敏感膜/换能层：PDMS薄膜（PDMS thin film），低刚度、生物相容，作为微膜感受表面应力并偏转。
- 金属修饰层：部分金涂层（gold coating）位于PDMS表面，用于形成自组装单分子层（SAMs）并增强界面结合。
- 识别/功能化层：烷硫醇自组装单分子层（SAMs），包括MUA（SH-(CH2)10-COOH）、MUO（SH-(CH2)11-OH）和DOT（SH-(CH2)11-CH3），提供不同末端基团与E. coli表面相互作用。
- 样品储液池：生物塑料管（biochemical plastic pipe，约4 mm）形成溶液储液池，装载蒸馏水或E. coli培养基，使样品与膜接触。
- 参考膜：另一PDMS微膜作为参考，用于扣除温度、流动、振动和非特异结合等环境因素。
- 信号读出系统：白光干涉仪（smartWLI）或光纤干涉仪（FOI/TETRA）配合NI USB-6210 I/O和计算机，测量膜中心偏转或电压信号。
中文摘要
随着技术与社会发展，生物传感器在生物和医学领域的应用日益重要。利用基于表面应力分析的生物传感器检测细胞和生物分子，有望实现低成本、高通量的检测与诊断。本文报道了一种生物相容的表面应力型聚二甲基硅氧烷（PDMS）微膜生物传感器。每个传感器芯片包含两个可用的PDMS微膜，一个作为活性膜，另一个作为参考膜。传感器分别采用不同功能材料进行功能化：11-巯基-1-十一烷酸（MUA）、11-巯基-1-十一烷醇（MUO）和十二烷硫醇（DOT）。研究基于白光干涉仪和光纤干涉仪分别建立了两套生物传感器测试系统，并开展大肠杆菌（E. coli）检测实验。实验结果表明，与MUO和DOT相比，MUA是用于E. coli检测的更优功能化材料；基于该PDMS微膜生物传感器还可分析E. coli的某些状态，如健康存活与死亡状态。
英文摘要
The biological and medical application of biosensors is more and more important with the development of technology and society. Detection of cells and biological molecules utilizing biosensors based on the analysis of surface stress would facilitate inexpensive and high-throughput test and diagnosis. This paper presents a biocompatible surface stress-based polydimethylsiloxane (PDMS) micro membrane biosensor. Each biosensor chip consists of two available PDMS micro membranes, one acts as active membrane and the other as reference. Biosensors were functionalized using different functional materials respectively: MUA (11 Mercapto 1 undecanoicacid), MUO (11 Mercapto 1 undecanol) and DOT (Dodecane thiol). Two biosensor test systems were built based on a white light interferometer and a fiber optic interferometer respectively. Finally, testing experiments using Escherichia coli (E. coli) were performed based on the biosensor test systems we built. The results of the experiments showed that the MUA is a better functional material to functionalize the biosensor membranes than MUO and DOT for E. coli detection, some properties of E. coli, such as healthily living and dead status, can be analyzed based on the PDMS micro membrane biosensors.