组成图示
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传感器类型
其他（蛋白功能化纳米金刚石阵列）
检测对象
大肠杆菌（E. coli），PBS 缓冲液细菌悬液
检测原理
该芯片以硅片/二氧化硅为基底，APTES 在表面形成氨基终止自组装单分子层。羧基功能化纳米金刚石经 EDC/NHS 与氨基 SAM 形成酰胺键，被共价固定于电子束光刻图案区，形成纳米金刚石阵列。纳米金刚石表面吸附溶菌酶，作为识别元件。当大肠杆菌悬液接触阵列时，溶菌酶识别并水解细菌细胞壁肽聚糖，导致细胞壁破损和形态改变；未功能化纳米金刚石对照无此作用。纳米金刚石的 sp3 碳拉曼峰位于 1332 cm-1，可用于共聚焦/微拉曼定位和光学成像，确认纳米金刚石仅分布于图案区。最终通过扫描电子显微镜观察大肠杆菌细胞壁损伤来验证生物活性。该过程为定性生物相互作用检测，未报告浓度依赖的定量传感信号或信号放大策略。
检测灵敏度
—
效应效果
SEM 显示十字和纳米方阵列图案清晰，微拉曼证实纳米金刚石仅位于图案区，图案外无 1332 cm-1 信号，二维拉曼映射与光学图像一致，说明定位准确。红外光谱在 1490–1590 和 1600–1700 cm-1 出现酰胺峰，证明溶菌酶结合到芯片。功能测试中，纳米金刚石-溶菌酶阵列使大肠杆菌细胞壁严重破坏，而对照纳米金刚石阵列上细菌细胞壁完整，表明溶菌酶保持抗菌活性。稳定性方面，芯片室温制备后 10 h 仍保持活性，24 h 后完全失活；5℃潮湿条件下可延长至约一周。作者认为该器件适用于生物传感芯片和单生物分子图案化检测，但未报告定量选择性、重现性、回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。
传感器的构成
- 基底：硅片（Si）/ITO 基底及 PECVD 二氧化硅（SiO2）层，提供图案化支撑与绝缘表面
- 光刻模板：ZEP520 光刻胶经电子束曝光形成十字/纳米方图案，限定纳米金刚石定位区域，反应后去除
- 自组装单分子层：3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）在 SiO2 上形成氨基终止 SAM，提供氨基用于偶联
- 纳米材料修饰层：羧基功能化纳米金刚石（COOH-ND，约100 nm）经 EDC/NHS 与 SAM 共价连接，形成图案化 ND 阵列
- 识别元件：溶菌酶（lysozyme）吸附/结合于 ND 表面，保留抗菌活性并识别 E. coli 细胞壁
- 信号标记：ND 自身拉曼峰（1332 cm-1）作为光学定位标记，供共聚焦/微拉曼读取
- 读出检测：扫描电子显微镜（SEM）观察 E. coli 细胞壁损伤，验证生物活性
中文摘要
本文报道了一种蛋白功能化纳米金刚石阵列的制备与表征方法。纳米金刚石具有低生物细胞毒性、良好的荧光与拉曼光学性质以及光稳定性，适合生物应用。作者利用电子束光刻技术，将羧基功能化纳米金刚石定位在硅和 ITO 基底表面自组装单分子层（SAM）阵列上，形成十字形和纳米方阵列。酸处理后的纳米金刚石表面引入羧基，经 EDC/NHS 与氨基终止 SAM 偶联固定。随后阵列吸附溶菌酶，形成纳米金刚石-溶菌酶复合物，用于特异性识别目标生物分子或蛋白。高通量共聚焦显微镜和微拉曼光谱显示，1332 cm-1 拉曼峰仅出现在图案区，二维拉曼强度映射与光学图像一致，证明纳米金刚石被准确定位。红外光谱中的酰胺峰表明溶菌酶成功结合。扫描电子显微镜显示，该复合物阵列仍保留抗菌活性，可破坏大肠杆菌细胞壁，而对照纳米金刚石阵列无此作用。该工作为生物传感芯片和单生物分子图案化检测提供了平台。
英文摘要
Various nanoscale elements are currently being explored for bio-applications, such as in bio-images, bio-detection, and bio-sensors. Among them, nanodiamonds possess remarkable features such as low bio-cytotoxicity, good optical property in fluorescent and Raman spectra, and good photostability for bio-applications. In this work, we devise techniques to position functionalized nanodiamonds on self-assembled monolayer (SAMs) arrays adsorbed on silicon and ITO substrates surface using electron beam lithography techniques. The nanodiamond arrays were functionalized with lysozyme to target a certain biomolecule or protein specifically. The optical properties of the nanodiamond-protein complex arrays were characterized by a high throughput confocal microscope. The synthesized nanodiamond-lysozyme complex arrays were found to still retain their functionality in interacting with E. coli.