组成图示
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传感器类型
其他（化学电阻生物传感器）
检测对象
大肠杆菌 O157:H7（Escherichia coli O157:H7，全细胞/裂解液）、T7 噬菌体（bacteriophage T7）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PB/PBS，pH 7.4）
检测原理
该传感器以平行排列的 p 型单壁碳纳米管（SWNTs）作为化学电阻换能通道，两端连接金源漏电极。PBASE 非共价吸附于 SWNTs 表面，并通过琥珀酰亚胺酯与抗体氨基共价结合，形成特异性识别界面。目标微生物与抗体结合后，抗体-抗原复合物及微生物表面负电荷在 Debye 长度内改变 SWNTs 的载流子状态：一方面积累负电荷使 p 型 SWNTs 的空穴载流子减少，另一方面增强散射势和肖特基势垒调制，导致器件电阻上升。通过半导体参数分析仪在 -0.2 至 0.2 V 范围内测量 I-V 曲线，取 -0.1 至 0.1 V 区间斜率倒数作为电阻，计算归一化电阻变化 ΔR/R0。ΔR/R0 随目标浓度对数线性增加；噬菌体体积小、扩散快，响应约 5 min，细菌全细胞响应约 60 min，裂解液因扩散和空间位阻改善而提高检测限。
检测灵敏度
LOD: 10^5 CFU/mL（大肠杆菌 O157:H7 全细胞，对应 10^3 CFU/chip）；LOD: 10^3 CFU/mL（大肠杆菌 O157:H7 裂解液，对应 10^1 CFU/chip）；线性范围: 10^3–10^7 CFU/mL（全细胞，r^2 = 0.93）；LOD: 10^3 PFU/mL（T7 噬菌体，对应 10^1 PFU/chip）；线性范围: 10^2–10^7 PFU/mL（对应 1–10^5 PFU/chip）
效应效果
传感器选择性良好：10^6 CFU/mL 大肠杆菌 K12 响应为 1.75%±1.41，较 O157:H7 低 8 倍；BSA 对照响应分别为 -0.5%±1.27（全细胞）、-0.25%±2.05（裂解液）和 -1.19%±2.49（噬菌体），表明非特异结合可忽略。T7 噬菌体在 10^7 PFU/mL 时最大响应 19%，孵育仅 5 min；大肠杆菌全细胞在 10^7 CFU/mL 时响应约 24%，孵育 60 min。裂解液检测标准差显著降低，重现性优于全细胞。作者认为，与传统培养、ELISA 和 PCR 相比，该传感器无需复杂核酸提取或昂贵设备，可室温近实时测量，适合微型化、低成本病原检测；未来结合微流控有望进一步降低检测限并提高重现性。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：100取向 p型硅片（p-doped Si wafer）上 300 nm SiO2 层、200 Å Cr 粘附层和 1800 Å Au 微电极，作为源漏电极与传感基底
- 纳米材料修饰层：单壁碳纳米管（SWNTs）平行排列桥接金电极间隙（细菌 5 μm、噬菌体 3 μm），作为化学电阻换能通道
- 界面功能化层：1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯（PBASE）非共价吸附于 SWNTs，提供琥珀酰亚胺酯反应位点用于抗体共价固定
- 识别元件：抗大肠杆菌 O157:H7 单克隆抗体或抗 T7 单克隆抗体，特异性捕获目标微生物
- 封闭/钝化层：0.1 M 乙醇胺封闭未反应琥珀酰亚胺酯，0.1% Tween 20 钝化未覆盖 SWNTs，减少非特异结合
- 对照封闭蛋白：0.5 mg/mL BSA 用于无抗体对照，评估非特异结合
中文摘要
本文报道了一种基于碳纳米管（CNT）的化学电阻免疫生物传感器，用于检测细菌和病毒两类微生物。研究以大肠杆菌 O157:H7 和 T7 噬菌体分别作为细菌与病毒模型，并采用大肠杆菌 K12 和 MS2 噬菌体评估选择性。换能元件由平行排列的单壁碳纳米管（SWNTs）桥接两个金电极构成，通过电阻变化实现无标记检测。SWNTs 先非共价吸附 1-芘丁酸琥珀酰亚胺酯（PBASE），再共价固定特异性单克隆抗体。当传感器暴露于大肠杆菌 O157:H7 全细胞或裂解液时，器件电阻显著增加；全细胞检测限为 10^5 CFU/mL（约 10^3 CFU/芯片），裂解液检测限为 10^3 CFU/mL（约 10^1 CFU/芯片），而对大肠杆菌 K12 无明显响应。病毒检测中，T7 噬菌体与抗体结合引起电阻增加，检测限为 10^3 PFU/mL（约 10^1 PFU/芯片），并对 MS2 噬菌体表现出优异选择性。噬菌体检测响应时间约 5 min，细菌检测响应时间约 60 min。
英文摘要
The paper reports carbon nanotube (CNT)-based immunosensors for the detection of two types of microorganisms, bacteria and viruses. The pathogen Escherichia coli O157:H7 and the bacteriophage T7 were selected as model for bacteria and viruses, respectively, while E. coli K12 and the bacteriophage MS2 were used to assess the selectivity of the biosensor. The transduction element consisted of single-walled carbon nanotubes aligned in parallel bridging two gold electrodes to function as a chemiresistive biosensor. Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) were functionalized with specific antibodies (Ab) for the different microorganisms by covalent immobilization to the non-covalently bound 1-pyrene butanoic acid succinimidyl ester. A significant increase in the resistance of the device was observed when the biosensor was exposed to E. coli O157:H7 whole cells or lysates with a limit of detection of 10(5) and 10(3) CFU (colony forming units)/mL, corresponding to 10(3) and 10(1) CFU/chip, respectively, while no response was observed when the biosensor was exposed to the E. coli K12. In the case of virus detection, a significant resistance increase was detected due to interaction of the bacteriophages with the Abs, with a limit of detection of 10(3) PFU/mL corresponding to 10(1)PFU/chip and excellent selectivity against MS2 bacteriophage. The sensor exhibited a fast response time of ∼5 min in the case of bacteriophage detection, while the response time for the detection of bacteria was 60 min.