组成图示
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传感器类型
其他（倏逝波吸收光纤生物传感器）
检测对象
大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli），样品基质为0.85%生理盐水稀释的菌悬液（有效样品体积250 μl）
检测原理
传感器以U形去包层光纤为换能器，弯曲结构使倏逝场穿透深度增大，增强对微米级细菌的响应。光纤表面先用胺化硅烷修饰，再用戊二醛固定抗E. coli单克隆抗体，BSA封闭后形成识别界面。当样品中的E. coli与抗体特异性结合后，细菌细胞及其相关蛋白在280 nm处具有固有紫外吸收，同时结合区局部折射率由约1.33升至1.37，增加弯曲光纤的传输损耗。280 nm UV LED光经光纤传输，输出端光谱仪记录吸收增加。该过程无需外源标记，吸收变化随菌浓度升高而增大，在10^3–10^6 cfu/ml范围内与log10浓度呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 10^3 cfu/ml（detect less than 1000 cfu/ml）；线性范围: 10^3–10^6 cfu/ml（linear relationship between absorbance change and log10(analyte concentration)）
效应效果
U形探针在10^3 cfu/ml即可产生显著响应，而5 cm直探针需10^8 cfu/ml，灵敏度提高数个数量级。抗体固定响应稳定，平均0.017±0.0015（n=3）；冲洗后结合菌无明显解吸。非特异性结合实验中，多克隆抗体探针在10^7 cfu/ml下最大吸收变化仅约0.009，冲洗后下降超过50%，LOD处响应高于NSB三倍以上。传感器可在250 μl样品中稳定检测约250个E. coli细胞。与已报道无标记光学传感器（10^4–10^2 cfu/ml）相比，其检测限具有竞争力，且对体相折射率变化的敏感度至少比SPR低一个数量级，适合低成本便携式病原菌检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：U形去包层多模光纤（200 μm芯径、0.75 mm弯曲半径、有效探针长1 cm），提供倏逝场并传输光信号
- 表面功能化层：3-((2-氨基乙基氨基)丙基)三甲氧基硅烷胺化修饰，提供氨基用于抗体固定
- 识别固定层：戊二醛交联固定抗大肠杆菌单克隆抗体（mAb），实现E. coli特异性捕获
- 封闭层：5 mg/ml牛血清白蛋白（BSA）封闭30 min，降低非特异性结合
- 信号标记物：无标记检测无外源标记；验证实验用FITC染色E. coli作为可见光吸收标记
- 样品池：玻璃毛细管流池（内径2.5 mm），容纳0.85%生理盐水参考液与样品
- 光学读出：280 nm UV LED光源与光纤光谱仪（USB 4000）记录EWA吸收变化
中文摘要
本文报道了一种基于倏逝波吸收（EWA）变化、在280 nm波长下无标记检测病原菌的新型光纤生物传感器。将去包层光纤弯成U形结构可增大倏逝场穿透深度，从而提高探针灵敏度。作者利用细菌细胞或特异性结合在传感器表面的生物分子在紫外区固有的光学吸收特性，使U形光纤探针产生增强的EWA响应，并据此实现病原菌检测。实验采用便携式光学系统，包括280 nm紫外发光二极管、光纤光谱仪以及芯径200 μm、弯曲半径0.75 mm、有效探针长度1 cm的U形多模光纤探针。探针表面经胺化硅烷修饰，并用戊二醛固定抗大肠杆菌单克隆抗体，再以牛血清白蛋白封闭。结果表明，该传感器可实时检测250 μl样品中约250个E. coli细胞，最低检测限低于1000 cfu/ml，为资源有限条件下便携式病原菌检测提供了低成本、易制备的方案。
英文摘要
A novel label-free technique for the detection of pathogens based on evanescent wave absorbance (EWA) changes at 280 nm from a U-bent optical fiber sensor is demonstrated. Bending a decladded fiber into a U-shaped structure enhances the penetration depth of evanescent waves and hence sensitivity of the probe. We show that the enhanced EWA response from such U-bent probes, caused by the inherent optical absorbance properties of bacterial cells or biomolecules specifically bound to the sensor surface, can be exploited for the detection of pathogens. A portable optical set-up with a UV light emitting diode, a spectrometer and U-bent fiber optic probe of 200 μm core diameter, 0.75 mm bend radius and effective probe length of 1cm demonstrated an ability to detect less than 1000 cfu/ml.