组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
大肠杆菌 O157:H7（Escherichia coli O157:H7，0.1% 蛋白胨水稀释液）、牛病毒性腹泻病毒（BVDV，感染牛血清）
检测原理
检测前，样品与抗体功能化导电磁性纳米颗粒（AFMN）孵育。AFMN由Fe2O3磁性氧化铁与聚苯胺（PANi）偶联，并连接单克隆抗体（mAb），可特异性结合大肠杆菌O157:H7或BVDV；随后经磁分离富集并去除杂质。处理液滴加到电纺试纸条样品垫，经毛细作用进入NC纳米纤维捕获垫。捕获垫上经戊二醛固定的多克隆抗体（pAb）与目标病原结合，形成“捕获抗体—病原—AFMN”三明治复合物。PANi导电层使AFMN在两个银电极之间形成导电桥，直接电荷转移能力随捕获复合物数量增加而增强，表现为电导升高或电阻降低。8 min毛细平衡后由DAQ读取电阻/电导，信号与病原浓度呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 61 CFU/mL（E. coli O157:H7）、10^3 CCID/mL（BVDV）；线性范围: 0–10^4 CFU/mL（E. coli O157:H7）；BVDV呈线性响应，估计原病毒浓度10^6 CCID/mL，检测限为10^-3稀释（10^3 CCID/mL）
效应效果
该传感器8 min完成检测，对E. coli O157:H7和BVDV均呈线性响应，检测限分别为61 CFU/mL和10^3 CCID/mL。与常规硝化纤维素纳米多孔膜传感器相比，电纺NC膜将E. coli O157:H7线性范围从0–10^2 CFU/mL扩展到0–10^4 CFU/mL，灵敏度更高、范围更宽。纳米纤维高比表面积和毛细通道提高传质与免疫反应速率，并减少基底接触面积，降低直接电荷测量背景噪声。抗体用量约10 µg/in2，低于常规平面材料50–500 µg/in2，成本更低。CLSM和SEM验证抗体固定和病原捕获，未处理膜无细菌残留。作者认为该低成本传感器可通过更换抗体扩展到其他病原检测。
传感器的构成
- 基底/支撑层：PVDC（聚偏二氯乙烯）基底，支撑样品垫、捕获垫和吸收垫，并用聚苯乙烯背胶固定
- 样品垫：纤维素膜（Millipore，流速180 mL/min），控制样品流入并过滤大颗粒杂质
- 捕获垫/识别层：电纺硝化纤维素（NC）纳米纤维膜（约150 nm），经O2等离子处理增强亲水性和毛细作用，用戊二醛（GA）交联固定多克隆捕获抗体（pAb）
- 电极层：喷涂沉积银（Ag）电极，间距0.5 mm，用于直接电荷转移和电导/电阻读出
- 吸收垫：纤维素膜，吸收多余液体并调节毛细流动
- 信号标记层：抗体功能化导电磁性纳米颗粒（AFMN），由Fe2O3磁性氧化铁与聚苯胺（PANi）偶联并连接单克隆抗体（mAb），结合目标病原并在电极间形成导电桥
中文摘要
电纺是一种灵活且低成本制备生物相容性纳米纤维材料的方法。新型纳米结构可显著提高比表面积和传质速率，从而改善生物化学结合效果并提高传感器信噪比。本文报道了硝化纤维素纳米纤维膜的电纺制备及其抗体功能化方法，用于细菌和病毒病原体的检测。通过氧等离子体处理进一步增强纳米纤维膜的毛细作用。所设计的电纺传感器基于毛细分离和电导免疫分析，采用喷涂沉积法制备银电极，该方法对电纺纳米纤维无损伤。表面功能化和传感器组装过程保留了纤维形貌，并用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和扫描电子显微镜（SEM）验证了抗体固定和病原体结合效果。该电纺传感器对大肠杆菌O157:H7和牛病毒性腹泻病毒（BVDV）样品均呈线性响应，检测时间为8 min，细菌和病毒检测限分别为61 CFU/mL和10^3 CCID/mL。凭借高效抗体功能化、优良毛细性能和较低成本，该电纺及表面功能化方法可用于制备不同免疫检测应用的纳米纤维捕获膜。
英文摘要
Electrospinning is a versatile and cost effective method to fabricate biocompatible nanofibrous materials. The novel nanostructure significantly increases the surface area and mass transfer rate, which improves the biochemical binding effect and sensor signal to noise ratio. This paper presents the electrospinning method of nitrocellulose nanofibrous membrane and its antibody functionalization for application of bacterial and viral pathogen detection. The capillary action of the nanofibrous membrane is further enhanced using oxygen plasma treatment. An electrospun biosensor is designed based on capillary separation and conductometric immunoassay. The silver electrode is fabricated using spray deposition method which is non-invasive for the electrospun nanofibers. The surface functionalization and sensor assembly process retain the unique fiber morphology. The antibody attachment and pathogen binding effect is verified using the confocal laser scanning microscope (CLSM) and scanning electronic microscope (SEM). The electrospun biosensor exhibits linear response to both microbial samples, Escherichia coli O157:H7 and bovine viral diarrhea virus (BVDV) sample. The detection time of the biosensor is 8 min, and the detection limit is 61 CFU/mL and 10(3)CCID/mL for bacterial and viral samples, respectively. With the advantage of efficient antibody functionalization, excellent capillary capability, and relatively low cost, the electrospinning process and surface functionalization method can be implemented to produce nanofibrous capture membrane for different immuno-detection applications.