组成图示
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传感器类型
其他（导模共振GMR光学生物传感器）
检测对象
心肌肌钙蛋白I（cardiac troponin I, cTnI）、肌酸激酶同工酶MB（creatine kinase MB, CK-MB）、肌红蛋白（myoglobin, MYO）；样品基质：人血清
检测原理
该传感器采用无标记导模共振（GMR）检测。玻璃基底上经纳米压印形成亚波长光栅，PECVD沉积Si3N4波导层；氧等离子体在Si3N4表面生成羟基，APTES硅烷化引入氨基，戊二醛将氨基转化为醛基，与抗体赖氨酸残基的氨基形成席夫碱，共价固定抗cTnI、CK-MB和MYO抗体，BSA封闭残余醛基。人血清流过PDMS通道后，抗原与表面抗体特异性结合，使波导层表面质量/等效厚度增加，改变导模共振条件。TM偏振光入射时，反射峰波长发生红移，峰漂移量随抗原浓度增加而增大，在设定范围内近似线性。系统通过光谱仪采集反射谱并拟合峰位，实现浓度定量；未使用酶或纳米标记放大。
检测灵敏度
LOD: cTnI <0.05 ng/mL；CK-MB <0.1 ng/mL；MYO <35 ng/mL；线性范围: cTnI 0.05–10 ng/mL；CK-MB 0.1–10 ng/mL；MYO 0.03–1.7 µg/mL；人血清最低检测浓度: cTnI 50 pg/mL；CK-MB 100 pg/mL；MYO 35 ng/mL
效应效果
该传感器在30 min内完成人血清检测，满足临床时效。对14例cTnI、10例CK-MB和10例MYO血清样本的变异系数（CV）均低于20%，重现性可接受。非特异结合测试中，在含0.05 ng/mL cTnI血清中加入10 ng/mL CK-MB，抗cTnI传感面峰波长漂移与未加CK-MB相近，表明对cTnI具有选择性。LOD低于健康/患者界限值（cTnI 0.05 ng/mL、CK-MB 3.6 ng/mL、MYO 92 ng/mL），可区分正常与升高水平。免疫金法显示固定抗体表面密度随cTnI浓度增加而增加（0–100 ng/mL对应约4–708个NP/µm²）。作者认为GMR芯片适合低成本便携式心脏疾病筛查。
传感器的构成
- 基底：透明玻璃基底（glass substrate），承载纳米压印结构并提供光学透明支撑。
- 粘附/光栅层：聚合物树脂单体（adhesive polymer resin monomer）与紫外光刻胶（UV resist）经纳米压印形成周期533 nm亚波长光栅，增强粘附并耦合导模。
- 波导层：氮化硅（Si3N4）经PECVD沉积约120 nm，折射率约2.0，形成导模共振。
- 表面活化层：氧等离子体处理生成羟基（-OH），用于硅烷偶联。
- 偶联层：3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）形成氨基（-NH2）自组装单层。
- 交联层：戊二醛（GA）将氨基转化为醛基（-CHO），与抗体赖氨酸氨基形成席夫碱。
- 识别层：抗cTnI、抗CK-MB和抗MYO抗体（anti-cTnI/CK-MB/MYO），特异性捕获血清心脏标志物。
- 封闭层：1×PBS含3%牛血清白蛋白（BSA）封闭残余醛基，减少非特异结合。
- 样品接触层：聚二甲基硅氧烷（PDMS）流体通道，引导人血清接触传感表面。
中文摘要
本研究利用导模共振（GMR）生物传感器分析人血清中浓度低于0.1 ng/mL的心脏标志物。研究监测患者与健康对照血清中的心肌肌钙蛋白I（cTnI）、肌酸激酶同工酶MB（CK-MB）和肌红蛋白（MYO）。获得剂量响应曲线：cTnI为0.05–10 ng/mL，CK-MB为0.1–10 ng/mL，MYO为0.03–1.7 µg/mL。cTnI、CK-MB和MYO的检出限（LOD）分别低于0.05、0.1和35 ng/mL。分析时间为30 min，足以满足临床要求。通过X射线光电子能谱（XPS）、峰波长漂移和水接触角（CA）研究了抗体固定及导模共振滤光片（GMRF）表面亲水性。用于评估固定抗体表面密度的夹心酶联免疫吸附试验（ELISA）和夹心免疫金法均表明，抗体成功固定并充分取向，可检测低浓度生物标志物。结果表明，GMR生物传感器有望用于开发低成本便携式心脏疾病筛查生物传感器。
英文摘要
Cardiac markers in human serum with concentrations less than 0.1 ng/mL were analyzed by use of a guided-mode resonance (GMR) biosensor. Cardiac troponin I (cTnI), creatine kinase MB (CK-MB), and myoglobin (MYO) were monitored in the serum of both patients and healthy controls. Dose-response curves ranging from 0.05 to 10 ng/mL for cTnI, from 0.1 to 10 ng/mL for CK-MB, and from 0.03 to 1.7 μg/mL for MYO were obtained. The limits of detection (LOD) for cTnI, CK-MB, and MYO were less than 0.05, 0.1, and 35 ng/mL, respectively. Analysis time was 30 min, which is short enough to meet clinical requirements. Antibody immobilization and the hydrophilic properties of the guided-mode resonance filter (GMRF) surface were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and by monitoring the peak wavelength shift and water contact angle (CA). Both assays used to evaluate the surface density of the immobilized antibodies, a sandwich enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) and a sandwich immunogold assay, showed that the antibodies were successfully immobilized and sufficiently aligned to detect the low concentration of biomarkers. Our results show that the GMR biosensor will be very useful in developing low-cost portable biosensors that can screen for cardiac diseases.