组成图示
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传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
微囊藻毒素-LR（MCLR，主要被测物）、微囊藻毒素-RR（MCRR）、微囊藻毒素-YR（MCYR）；样品基质：饮用水/自来水（tap water/drinking water）
检测原理
该传感器采用竞争抑制免疫检测。MCLR 通过 EDC/NHS 化学偶联共价固定于胺-SAM 修饰的金 SPR 芯片表面，作为捕获抗原。样品中的 MCLR 先与抗 MCLR 单克隆抗体 MC10E7 预孵育，随后混合液流过芯片。未被样品 MCLR 结合的游离抗体与表面固定 MCLR 结合，使界面质量增加，引起表面等离子体共振波长红移。样品 MCLR 浓度越高，与抗体结合越多，可结合到表面的抗体越少，SPR 信号越低。信号经归一化后与 MCLR 浓度呈四参数逻辑关系，实现无标记、实时定量。
检测灵敏度
LOD: 73±8 ng L−1（0.073±0.008 µg L−1）；动态范围: 0.2–2.0 µg L−1；IC50: 0.67±0.09 µg L−1
效应效果
该传感器对 MCLR 具有良好选择性，对 MCRR 和 MCYR 的交叉反应率分别为 88% 和 94%，可定量三种最常见微囊藻毒素。四通道芯片可在 60 min 内同时测定 4 个样品；同一芯片至少可重复使用 40 个检测–再生循环，B0 保持约 95%（RSD <13%）。通道间重现性 RSD <7%，芯片间 RSD 为 5%–15%。自来水加标回收率为 105±17%，且与超纯水校准曲线无基质效应。作者认为其灵敏度优于其他 SPR 器件，检出限与其他免疫传感器相当或更低，可无需前处理直接检测低于 WHO 1 µg/L 指导值的饮用水 MCLR。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃基底上沉积 50 nm 金层，作为 SPR 换能器
- 修饰层：胺烷基硫醇 HS(CH2)11NH2 自组装单分子层（amine-SAM），提供氨基用于共价固定 MCLR
- 捕获/竞争物：MCLR 经 EDC/NHS 与 amine-SAM 氨基共价固定，作为竞争抑制法中的表面抗原
- 识别元件：抗 MCLR 单克隆抗体 MC10E7，与样品中 MCLR 预孵育后结合表面 MCLR
- 封闭剂：SuperBlock T20 封闭液，降低非特异性结合
- 载液：10 mM PBS（pH 7.4），维持抗体活性并降低非特异吸附
- 再生液：50 mM NaOH，洗脱抗体实现芯片再生
- 信号读出：无标记 SPR 共振波长变化，由四通道光谱仪实时监测
中文摘要
本文报道了一种用于饮用水中微囊藻毒素（MCs）检测的表面等离子共振（SPR）生物传感器。作者比较了多种检测格式，最终选择竞争抑制法：将微囊藻毒素-LR（MCLR）共价固定于经自组装单分子层（SAM）功能化的 SPR 芯片表面。系统优化了抗体种类与浓度、载液缓冲液组成、封闭液和再生液等影响性能的因素。优化后的 SPR 免疫传感器对 MCLR 的 IC50 为 0.67±0.09 µg/L，检出限为 73±8 ng/L，动态范围为 0.2–2.0 µg/L。对结构相关微囊藻毒素的交叉反应性也进行了测定，微囊藻毒素-RR（MCRR）为 88%，微囊藻毒素-YR（MCYR）为 94%。该传感器可在 60 min 内同时完成 4 个样品测定，同一 SPR 芯片至少可重复使用 40 个检测–再生循环而结合能力无明显损失。该传感器已成功用于饮用水样品中 MCLR 的直接分析，检测水平低于世界卫生组织规定的饮用水临时指导值 1 µg/L。
英文摘要
A surface plasmon resonance (SPR) biosensor for the detection of microcystins (MCs) in drinking water has been developed. Several assay formats have been evaluated. The selected format is based on a competitive inhibition assay, in which microcystin-LR (MCLR) has been covalently immobilized onto the surface of an SPR chip functionalized with a self-assembled monolayer. The influence of several factors affecting sensor performance, such as the nature and concentration of the antibody, the composition of the carrier buffer, and the blocking and regeneration solutions, has been evaluated. The optimized SPR biosensor provides an IC(50) 0.67 ± 0.09 µg L(-1), a detection limit of 73 ± 8 ng L(-1), and a dynamic range from 0.2 to 2.0 µg L(-1) for MCLR. Cross-reactivity to other related MCs, such as microcystin-RR (88%) and microcystin-YR (94%), has also been measured. The SPR biosensor can perform four simultaneous determinations in 60 min, and each SPR chip can be reused for at least 40 assay-regeneration cycles without significant binding capacity loss. The biosensor has been successfully applied to the direct analysis of MCLR in drinking water samples, below the provisional guideline value of 1 µg L(-1) established by the World Health Organization for drinking water.