组成图示
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传感器类型
其他（AFM单分子力谱）
检测对象
脂多糖（LPS，O-antigenic lipopolysaccharide）、沙门氏菌（Salmonella typhimurium）；样品基质：水相缓冲液/去离子水中的支持LPS双层、细菌培养液
检测原理
将噬菌体P22或其尾刺蛋白gp9经EDC/sulfo-NHS共价固定于AFM探针，gp9 C端暴露；云母上PEI层通过囊泡融合承载LPS双层，LPS O-抗原伸向溶液。探针接近并接触LPS双层后，gp9与O-抗原发生特异性多价结合；回缩时悬臂梁对结合键施加拉力，单个或多价gp9-LPS键依次断裂，产生锯齿状力-距离曲线中的局部力极小值。信号为解离力（pN），其峰值随结合键数目呈约70 pN的量子化倍增，并随力加载率升高而增大；按Bell模型拟合可得能垒约55.5 kJ/mol。若LPS缺失或结合位点被过量LPS封闭，则无特异性力峰。
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
特异性：过量LPS封闭P22后AFM无吸引峰；ELISA区分S. typhimurium、E. coli、L. monocytogenes，gp9涂层吸光度较P22高约30%。稳定性：pH 5–8单位解离力基本不变；27–57°C以约0.7 pN/°C下降，57°C仍>50 pN；干燥7天再水化后约40%曲线无黏附，单位解离力65 pN。gp9密度约4000/μm2，高于P22路线约240/μm2，捕获S. typhimurium约450个/16 μm2，较P22高约80%。作者认为噬菌体耐环境应力，可用于毒素、细菌和孢子检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：云母片（mica）与硅氮化物 AFM 探针（VEECO NP，标称半径 20 nm），分别承载 LPS 双层和识别元件，并通过悬臂梁偏转换能
- 基底修饰层：聚乙烯亚胺（PEI，25 kDa）偶联于云母，提供正电荷以静电吸附 LPS 囊泡
- 被测物层：脂多糖（LPS）支持双层，由 LPS 小单囊泡（SUV）在 PEI-云母上囊泡融合形成，厚度约 7 nm
- 探针修饰层（P22 路线）：3-氨基丙基三甲氧基硅烷（APTMS）自组装单层，提供氨基用于 EDC/sulfo-NHS 偶联 P22
- 探针修饰层（gp9 路线）：10-(甲氧羰基)癸基二甲基氯硅烷（CDDMS）碳硅烷，水解为羧基，用于定向偶联 gp9 N 端
- 识别元件：噬菌体 P22 或尾刺蛋白 gp9，C 端结合 LPS O-抗原，经 EDC/sulfo-NHS 共价固定
- 信号标记/放大：无外源标记，信号来自多价 gp9-LPS 键断裂产生的 pN 级解离力
- 封闭/显色（ELISA 验证）：3% BSA/0.05% Tween-20 封闭，HRP 标记抗沙门氏菌/李斯特菌 IgG 与 OPD 在 450 nm 显色
中文摘要
本文报道了将噬菌体P22及其尾刺蛋白gp9固定于原子力显微镜（AFM）探针的方法，并利用AFM单分子力谱（SMFS）研究固定化P22或gp9与基底支持的O-抗原性脂多糖（LPS）双层之间的相互作用。LPS覆盖沙门氏菌等革兰氏阴性菌外膜。AFM成像与SMFS结果表明，固定化P22或gp9能够与支持LPS发生强而多价的结合。在12000 pN/s力加载率下，P22与LPS间最常见的断裂力为72、130、206和279 pN；量子化解离力随力加载率降低而减小，符合Bell模型预测。按Bell模型拟合得到约55 kJ/mol的能量势垒。研究还证明噬菌体对pH、温度波动及脱水/再水化循环具有耐受性。P22与LPS的生物特异性相互作用与细胞感染、炎症、癌症进展与转移、食品安全、药物及生物传感器开发相关。
英文摘要
The paper describes immobilization methods of bacteriophage P22 and tailspike gp9 proteins isolated from P22 on atomic force microscope (AFM) probes. The paper also reports single molecule force spectroscopy (SMFS) using AFM of the immobilized P22 (or gp9) interactions with substrate-supported O-antigenic lipopolysaccharides (LPS) bilayers. LPS covers the outer membrane of gram-negative bacteria, such as Salmonella typhimurium. Evidence from AFM imaging and SMFS shows that immobilized P22 (or gp9) are capable of strong and multivalent binding to supported LPS. The most common rupture forces between P22 and LPS were identified to be 72, 130, 206, and 279 pN at force loading rate of 12,000 pN/s. The quantized unbinding force was found to decrease with decreasing force loading rate as predicted by the Bell model. By fitting the force data with the Bell model, an energy barrier of 55 kJ/mol was obtained. Evidence is also provided that demonstrates the resilience of phage to pH and temperature fluctuation as well as dehydration/rehydration cycles. The biospecific interactions between P22 and the LPS are relevant to cell infection, inflammation, cancer progression and metastasis, food safety, pharmaceuticals, and biosensor development.