组成图示
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传感器类型
其他（微悬臂梁生物传感器）
检测对象
霍乱弧菌O1（Vibrio cholerae O1）；样品基质：PBS缓冲液菌悬液（面向食品/水源性样品）
检测原理
微悬臂梁表面通过MPA自组装单分子层和EDC/NHS共价固定抗V. cholerae O1单克隆抗体。目标菌与抗体特异性结合后，细胞质量负载到悬臂梁表面，使有效质量增加。根据微悬臂梁共振频率与质量关系（1/f1^2 - 1/f0^2 = Δm/(4n^2 k)），质量增加导致共振频率下降，频率偏移ΔF与结合质量近似成正比。AFM DFM中压电驱动悬臂梁共振，激光光杠杆和四象限光电探测器测量频率偏移。浓度越高，结合菌量越多，ΔF越大；在1×10^3–1×10^6 CFU/mL内与浓度对数线性相关。无化学放大，依赖高机械质量灵敏度。
检测灵敏度
LOD: ∼1 × 10^3 CFU/ml；线性范围: 1 × 10^3–1 × 10^6 CFU/ml；Δm/ΔF: ∼146.5 pg/Hz
效应效果
该传感器对V. cholerae O1具有良好选择性：PBS阴性对照频率偏移约14.4 Hz，1×10^8 CFU/mL副溶血弧菌仅约26.6 Hz（约24 Hz），而1×10^3–1×10^6 CFU/mL V. cholerae O1分别产生199.0、459.4、717.6和1102.4 Hz偏移，表明无明显交叉反应。检出限约1×10^3 CFU/mL，比标准ELISA和已报道安培免疫传感器（均约1×10^5 CFU/mL）低至少两个数量级，可无需预富集用于食品中霍乱弧菌检测。SEM证实菌体结合。文中未报告稳定性、RSD或实际样品回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器：商用镀金AFM微悬臂梁（NSG10，NT-MDT），250 μm×35 μm×1 μm，作为质量换能器
- 表面清洗：piranha solution（浓H2SO4与30% H2O2，1:1 v/v）去除有机物，DI水清洗
- 自组装单分子层：10 mM 3-巯基丙酸（MPA）乙醇溶液，在Au表面形成SAM并提供羧基
- 活化层：200 mM EDC与50 mM NHS混合液，活化MPA羧基以共价结合抗体
- 识别元件：0.5 mg/mL抗V. cholerae O1单克隆抗体，特异性识别目标菌
- 封闭层：3 mg/mL BSA（PBS中），封闭空余表面减少非特异性结合
- 读出系统：AFM动态力显微镜（DFM）配压电驱动、激光光杠杆与四象限光电探测器，测量共振频率偏移
中文摘要
本文首次报道了一种基于微悬臂梁的霍乱弧菌传感器。利用原子力显微镜（AFM）中的动态力显微镜（DFM）测量因细胞结合到微悬臂梁表面而引起的共振频率偏移。目标菌为食源性和水源性病原体霍乱弧菌O1。商用镀金AFM微悬臂梁通过自组装单分子层（SAM）法固定抗V. cholerae O1单克隆抗体。在1×10^3至1×10^7 CFU/mL浓度范围内进行V. cholerae O1检测。该微悬臂梁传感器检出限约为1×10^3 CFU/mL，质量灵敏度Δm/ΔF约为146.5 pg/Hz，比已报道技术至少低两个数量级，足以无需预富集即可用于食品中V. cholerae检测。扫描电镜证实了微悬臂梁上V. cholerae O1抗原-抗体结合。结果表明该生物传感器有望实现高灵敏度、简便、快速检测V. cholerae O1。
英文摘要
This work presents the first demonstration of a cantilever based cholerae sensor. Dynamic force microscopy within atomic force microscope (AFM) is applied to measure the cantilever's resonance frequency shift due to mass of cell bound on microcantilever surface. The Vibrio cholerae O1, a food and waterborne pathogen that caused cholera disease in human, is a target bacterium cell of interest. Commercial gold-coated AFM microcantilevers are immobilized with monoclonal antibody (anti-V. cholerae O1) by self-assembled monolayer method. V. cholerae O1 detection experiment is then conducted in concentrations ranging from 1×10(3) to 1×10(7) CFU/ml. The microcantilever-based sensor has a detection limit of ∼1×10(3) CFU/ml and a mass sensitivity, Δm/ΔF, of ∼146.5 pg/Hz, which is at least two orders of magnitude lower than other reported techniques and sufficient for V. cholerae detection in food products without pre-enrichment steps. In addition, V. cholerae O1 antigen-antibody binding on microcanilever is confirmed by scanning electron microscopy. The results demonstrate that the new biosensor is promising for high sensitivity, uncomplicated and rapid detection of V. cholerae O1.