组成图示
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传感器类型
微流控生物传感器
检测对象
生物素（biotin）或链霉亲和素（streptavidin）模型分析物；样品基质：微升级液滴（microdroplet）
检测原理
系统以X-cut LiNbO3压电基底上的IDT叉指换能器激发Rayleigh SAW，声波动量传递在疏水微腔液滴内诱导涡旋微流。液滴中的分析物（如生物素/链霉亲和素模型对）在微流输运下到达周边固定配体表面并发生结合，形成表面复合物。无搅拌时，结合消耗使表面附近形成分析物耗尽区，信号受扩散限制；SAW微流不断更新表面附近流体，提高分析物到达速率，使表面结合量随流速增加。信号表现为表面结合分析物浓度或结合速率，本文通过有限元模拟计算增强因子；实验用粒子图像跟踪表征微流。增强效果取决于Damköhler数与Peclet数，存在最优流态。
检测灵敏度
未报告。
效应效果
实验通过粒子图像跟踪测得液滴内平均流速随SAW输入功率显著变化，最高达1800 μm/s，可在较大范围内调节微流强度。有限元模拟显示，搅拌可改变传感表面附近的分析物耗尽区几何，提高结合速率；对链霉亲和素与固定生物素相互作用（Da≈10^3）增强因子约3.2，高Da下增强因子趋于3.5。与Yeo等报道的SAW搅拌液滴SPR传感器相比，其链霉亲和素/生物素结合改善因子大于2，本文模拟值更高，差异归因于实际三维流动复杂性。作者认为该方法易于集成到微全分析系统，可作为未来生物芯片液体处理与传感性能增强工具。
传感器的构成
- 压电基底：X-cut LiNbO3，作为SAW换能基底
- 叉指换能器：IDT（间距50 μm），将电信号转换为Rayleigh SAW
- 疏水修饰层：OTS自组装单分子层，修饰LiNbO3与玻璃盖片，形成疏水微腔界面
- 微腔盖片：疏水玻璃盖片，与压电基底夹持形成微升级液滴腔
- 识别元件：固定于液滴周边的配体（biotin/streptavidin模型识别对），捕获分析物
- 样品/示踪层：微升级液滴及1 μm荧光粒子，承载分析物并用于粒子图像跟踪
中文摘要
本文报道了一种基于液滴的微全分析系统，通过集成表面声波（SAW）原位微流增强生物传感器性能。该生物反应器由封装液滴及其周边生物传感器组成，SAW在液滴内诱导微流。作者采用粒子图像跟踪技术表征不同SAW功率下液滴内速度分布，发现平均流速随输入功率显著变化，可在搅拌液滴中获得大范围流速；流动在较大厚度范围内呈二维圆形。随后通过有限元模拟评估不同流态下分析物与生物传感器相互作用，考虑对流、扩散及表面结合动力学。模拟表明无搅拌时传感表面附近形成分析物耗尽区，搅拌可改变耗尽区几何并提高结合速率；增强因子随Damköhler数变化并在高Da趋于饱和，特定流动构型下链霉亲和素-生物素相互作用增强因子约3.2。结果表明，设计流增强生物传感器时评估Damköhler数和Peclet数至关重要。
英文摘要
A droplet-based micro-total-analysis system involving biosensor performance enhancement by integrated surface-acoustic-wave (SAW) microstreaming is shown. The bioreactor consists of an encapsulated droplet with a biosensor on its periphery, with in situ streaming induced by SAW. This paper highlights the characterization by particle image tracking of the speed distribution inside the droplet. The analyte-biosensor interaction is then evaluated by finite element simulation with different streaming conditions. Calculation of the biosensing enhancement shows an optimum in the biosensor response. These results confirm that the evaluation of the Damköhler and Peclet numbers is of primary importance when designing biosensors enhanced by streaming.