组成图示
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传感器类型
压电(QCM)生物传感器
检测对象
人凝血酶（human thrombin）；样品基质：Tris–HCl 缓冲液、胎牛血清加标样品
检测原理
TBA15 经硫醇自组装固定于金芯片，形成识别层；凝血酶与 TBA15 结合后，质量增加使 QCM 频率下降，但刚性蛋白对耗散影响小。随后 TBA29-GNPs 通过 TBA29 识别凝血酶另一结合位点，形成夹心结构。AuNP 大质量显著增大频率偏移；其表面大量柔性 TBA29 链及结合水增加界面粘弹性，使耗散信号同步放大。因此频率和耗散双信号随凝血酶浓度增加而增大，实现灵敏度提升。检测在 QCM-D 中实时在线读出。
检测灵敏度
LOD: 0.1 nM；线性范围: 0.5–12.5 nM（对数线性）；直接检测 LOD: 10 nM；直接线性范围: 12.5–150 nM
效应效果
该传感器对 BSA、LZM、HSA、hIgG 等干扰蛋白（5 μM）无明显响应，而对 5 nM 凝血酶产生显著频率和耗散变化，选择性良好。芯片经 50 mM NaOH/1.0 M NaCl 再生后，4 个放大/再生循环保持可重复使用，表明结合可逆且表面可再生。胎牛血清加标样品中 5.0 nM 凝血酶在 5、10、20 倍稀释下回收率分别为 116%、112%、106%，RSD 分别为 10%、7%、6%（n=3）。与直接检测相比，检出限从 10 nM 降至 0.1 nM，灵敏度提高约两个数量级。作者认为该策略适用于具有双结合位点蛋白质的实时在线检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：5 MHz AT-cut 石英晶体金芯片（QSX 301，Q-Sense AB），提供压电换能与金表面
- 识别元件固定层：15-mer 凝血酶结合适配体 TBA15（5'-SH-C6 硫醇端），硫醇自组装固定并捕获凝血酶
- 封闭/密度控制剂：6-巯基-1-己醇 MCH，与 TBA15 共自组装，封闭金表面并控制适配体单分子层密度
- 信号标记/放大元件：柠檬酸稳定金纳米粒子（GNPs，约 13 nm）功能化 29-mer 适配体 TBA29，形成 TBA29-GNPs，识别凝血酶另一结合位点并放大质量与粘弹性信号
- 识别元件（信号端）：TBA29 以 G-四联体构象结合凝血酶肝素结合位点，柔性链贡献耗散信号
- 样品/缓冲液：Tris–HCl 缓冲液（20 mM Tris，pH 7.4，140 mM NaCl，5 mM KCl，5 mM MgCl2，1 mM CaCl2），维持结合条件
- 再生剂：50 mM NaOH 和 1.0 M NaCl 缓冲液，洗脱凝血酶与 TBA29-GNPs，实现芯片再生
中文摘要
本文报道一种基于适配体功能化金纳米粒子的放大石英晶体微天平-耗散监测（QCM-D）生物传感器，用于蛋白质检测。以人凝血酶为模型靶标，利用两种识别不同结合位点的凝血酶结合适配体 TBA15 和 TBA29 构建夹心结构。TBA15 通过硫醇自组装固定在 QCM-D 金芯片表面捕获凝血酶，随后引入 TBA29 修饰的金纳米粒子（TBA29-GNPs）与凝血酶另一结合位点结合，形成 TBA15/凝血酶/TBA29-GNPs 夹心层。GNPs 的大质量增加频率响应，其表面大量柔性适配体链及结合水增加耗散响应，实现频率与耗散双信号放大。AFM 证实夹心结构形成。与直接检测相比，凝血酶检出限由 10 nM 降至 0.1 nM，灵敏度提高约两个数量级。该传感器在复杂基质中表现出良好选择性和重复性，并用于胎牛血清加标样品检测，为具有双结合位点蛋白质的实时在线检测提供了新策略。
英文摘要
A highly sensitive quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) biosensor for protein was developed using aptamer-functionalized gold nanoparticles (Apt-GNPs) for amplification. Human α-thrombin, an important physiological protease found in blood, was chosen as the target protein. Captured by immobilized aptamers, thrombin was determined on-line using Apt-GNPs to enhance both frequency and dissipation signals. The fabricated sandwich of aptamer/thrombin/Apt-GNPs on chip surface was confirmed by atomic force microscopy (AFM). Compared to direct assay, the detection limit for thrombin was down to 0.1 nM, yielding about 2 orders of magnitude improvement in sensitivity. This aptamer-based QCM-D biosensor also showed good selectivity and repeatability in complex matrix. For the first time, the dual-signal enhancement of Apt-GNPs on QCM-D sensing was demonstrated, and such design could provide a promising detection strategy for proteins with two binding sites.