组成图示
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传感器类型
压电(QCM)生物传感器
检测对象
免疫球蛋白G（IgG，FITC标记山羊抗兔IgG）；样品基质：低电导率去离子水（2 μS/cm，透析后），验证实验亦用PBS
检测原理
EKQCM以AT切石英晶体为压电谐振器，底部金电极与顶部互指微电极（IDE）构成谐振与驱动结构。在空气中测量谐振频率，表面结合质量变化按Sauerbrey方程引起频率偏移。检测时，将FITC标记IgG滴加到EKQCM表面，部分IgG直接吸附于Au/IDE表面。对IDE施加2 Vpp、100 Hz交流信号，在电极附近产生ACEO旋转流场，主动搅拌溶液，降低表面耗尽层，使新鲜IgG持续输运到传感表面，从而增加结合量。结合后表面质量增加，谐振频率下降；通过比较结合前后频率得到吸附质量。FITC荧光显微镜与MicroBCA蛋白定量用于交叉验证。
检测灵敏度
灵敏度斜率: 2.89 Hz/ng（10 MHz QCM，Sauerbrey）；R^2 = 0.999（MicroBCA标准曲线）
效应效果
在15 min孵育中，ACEO使EKQCM表面吸附IgG质量提高约5.6倍，MicroBCA蛋白定量与QCM结果一致；荧光显微镜显示中心区域荧光增强9.5倍，电极指端增强14.9倍。QCM修饰后品质因数从约5.3k降至约4.6k，单指操作约降低14%；EKQCM对甘油粘度变化的灵敏度比原QCM高约51.4%，归一化后最大误差小于3.2%。玻璃IDE免疫分析中，一级抗体结合阶段ACEO增强中心5.1倍、指端6.1倍，二级抗体阶段增强中心1.5倍、指端5.7倍，表明抗体功能未显著受损。2 Vpp、100 Hz（约100 kV/m）安全，5 Vpp以上会损伤电极。
传感器的构成
- 基底/换能器：AT切石英晶体（AT-cut quartz，10 MHz），压电谐振，表面质量/粘度变化引起频率偏移
- 下电极：100 nm Au/10 nm Ti圆形金电极，作为QCM底部谐振电极
- 上电极/驱动电极：10 nm Cr/100 nm Au互指微电极（IDE，castellated pattern），施加交流场产生ACEO
- 捕获/识别层：Au/IDE表面直接吸附位点，非特异捕获IgG（无固定受体）
- 信号标记物：FITC荧光标记（FITC-IgG），用于荧光显微镜验证蛋白分布
中文摘要
微尺度电极施加交流电场可产生称为交流电渗（ACEO）的旋转流场。本研究利用该效应改善生物传感器表面的抗体结合。抗体等许多大分子、慢速生物分子在与表面固定受体反应时易受传质限制。用ACEO搅拌此类反应可把新鲜试剂带到表面，从而缓解传质限制。作者首次将该现象用于提高传感器上的蛋白捕获：将直接吸附的抗体结合到经特殊修饰的石英晶体微天平（QCM）表面，即电动力学QCM（EKQCM），信号增强约5.6倍。QCM修饰使品质因数仅小幅下降（从约5.3k到约4.6k），对粘度变化的灵敏度提高（151%）。在玻璃表面制备电极上进行完整免疫分析，证明增强技术未显著降低抗体功能。
英文摘要
Microscale electrodes supplied with an AC field can generate rotational fluid patterns known as AC electroosmosis. In the present study, this effect was used to improve antibody binding on a biosensor surface. Antibodies, like many other large, slow moving biomolecules, tend to suffer from transport limitations during a reaction with a surface-bound receptor. Stirring such reactions with AC electroosmosis can alleviate this transport limitation by bringing fresh reagent to the surface. For the first time, the use of this phenomenon was used to improve the capture of protein on a sensor. Directly adsorbed antibodies were bound to the surface of specially modified quartz crystal microbalances, known as electrokinetic QCMs (EKQCMs) and the signal was enhanced by about 5.6 times. Modification of the QCM resulted in little reduction of quality factor (from ∼ 5.3 k to ∼ 4.6k) and an increased sensitivity to viscosity changes (151%). Full immunoassays performed on electrodes fabricated on glass surfaces were used to ensure antibody function was not significantly degraded by the enhancement technique.