组成图示
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传感器类型
其他（光学环谐振生物传感器）
检测对象
甲基化 DNA 寡核苷酸（methylated DNA oligonucleotides，含 5-methylcytosine 的 ssDNA/dsDNA）；样品基质：PBS/SSC 缓冲液中的合成 30-mer 寡核苷酸，未来血样。
检测原理
OFRR 中，1550 nm 激光经光学锥耦合进入石英毛细管壁并沿环面谐振，共振波长 λ=2πr n_eff/m。内表面先经 3-APS 硅烷化，再用 DMA 固定 MBD-2 或用 DMP 固定 Protein G 后结合 anti-5mC 抗体。当含 5-甲基胞嘧啶的 DNA 与识别元件结合时，表面吸附质量增加，局部有效折射率升高，导致共振波长偏移 Δλ。扣除体相折射率变化 S 后，Δn=Δλ/S 与表面分子密度近似成正比，从而实现无标记定量。MBD-2 主要识别全甲基化 dsDNA，anti-5mC 主要识别甲基化 ssDNA；信号随甲基化胞嘧啶数量增加而增强，可区分 3–5 个甲基化位点差异。
检测灵敏度
原文报告 RI detection limit closer to 2 × 10−6 RIU；5 nM 甲基化 ssDNA 信号 3.2 × 10−5 RIU；理论可检测 below 1 nM；Kd 15 nM（MBD-2/dsDNA）；Kd 36 nM（anti-5mC/ssDNA）。
效应效果
MBD-2 对全甲基化 dsDNA 结合强，ssDNA 信号与未甲基化阴性对照无法区分；anti-5mC 对甲基化 ssDNA 结合强，dsDNA 净信号约为 MBD-2 的十分之一。两种方法均无需荧光标记，可避免标记摩尔比偏差，并直接定量甲基化程度。MBD-2 可区分 3 或 5 个甲基化胞嘧啶的全甲基化 dsDNA，anti-5mC 可区分未甲基化与单甲基化 ssDNA。OFRR 折射率灵敏度接近 600 nm/RIU，Q 因子大于 10^5，RIU 分辨率低于 10^-7，表面质量检测限低于 1 pg/mm^2，样品检测体积约 1 nL。作者认为其适合癌症甲基化研究和临床检测，未来将用于血样和序列特异性分析。
传感器的构成
- 基底/换能器：石英玻璃毛细管 OFRR（quartz glass capillary，外径约100 μm、壁厚约5 μm），光在壁内谐振，内表面折射率变化引起共振波长偏移
- 表面预处理：HF 刻蚀与空气吹扫生成疏水表面，便于硅烷化
- 硅烷化修饰层：3-aminopropyltrimethoxysilane（3-APS，1% v/v），形成氨基硅烷层并提供交联位点
- 交联固定层：dimethyl adipimidate（DMA，5 mg/mL）固定 MBD-2；或 dimethyl pimelimidate（DMP，5 mg/mL）固定 Protein G
- 识别元件：重组 MBD-2 蛋白（methyl binding domain protein 2）识别甲基化 dsDNA；或 mouse IgG1 anti-5-methylcytidine（anti-5mC）抗体识别甲基化 ssDNA
- 信号标记物：无标记（label-free），无荧光/酶标记，直接检测表面折射率变化
- 信号读出：1550 nm 可调谐二极管激光经光学锥耦合，检测透射谱共振波长偏移 Δλ，并换算为 Δn=Δλ/S（RIU）
中文摘要
光流体环谐振器（OFRR）是一种高灵敏度无标记光学生物传感器，具有优异的光子与流体集成能力。本文首次利用甲基结合蛋白 MBD-2 作为捕获分子，在 OFRR 内表面固定后检测寡核苷酸的 DNA 甲基化状态。该应用与癌症研究和未来临床工具密切相关，因为关键基因启动子区域的甲基化模式可用于早期癌症诊断。作者定量表征了 OFRR 对人工甲基化单链 DNA（ssDNA）和双链 DNA（dsDNA）的响应，考察了信号随甲基化胞嘧啶数量和 DNA 浓度变化的规律，并比较了半甲基化与全甲基化寡核苷酸的影响。同时，以抗 5-甲基胞苷（anti-5mC）抗体作为捕获分子与 MBD-2 进行比较。结果表明，抗体对 ssDNA 的亲和力更强，而 MBD-2 更适合结合 dsDNA，两者可互补用于甲基化研究。
英文摘要
The opto-fluidic ring resonator (OFRR) is a sensitive label-free optical biosensor that is uniquely well suited for photonic and fluidic integration. For the first time we have explored the utility of this novel instrument for the analysis of methylation in oligonucleotides using the MBD-2 (methyl binding) protein as the capture molecule. This application has strong relevance to cancer research and future clinical tools through the study of methylation patterns in important gene promoters. In this work we quantitatively characterized the OFRR's response to artificially methylated ssDNA and dsDNA as a function of the number of methylated cytosines and DNA concentration. The effect of hemi- versus fully methylated oligonucleotides was also investigated. Additionally, anti 5-methylcytidine antibody was also used as the capture molecule and compared with MBD-2. It is found that the antibody has stronger affinity for ssDNA, whereas MBD-2 is much better at binding dsDNA.