Microcantilever biosensors for chemicals and bioorganisms.

综述或非传感器论文

综述涵盖：有机磷化合物(OP)、DDT、内分泌干扰物(EDCs)、莠草津(atrazine)、三甲胺(TMA)、氢氟酸(HF)、Hg2+、Zn2+、Cd2+、Ca2+、Fe3+、肌红蛋白(Myoglobin)、葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、C反应蛋白(CRP)、牛血清白蛋白(BSA)、人血清白蛋白(HSA)、人生长激素(hGH)、生物素(biotin)/链霉亲和素(streptavidin)、过氧化氢(H2O2)、乙酰胆碱(acetylcholine)、蛋白激酶A(PKA)、前列腺特异性抗原(PSA)、单链Fv(scFv)、抗体(antibody)、细胞因子(cytokine)、HIV-1包膜糖蛋白gp120、雌激素受体β(ERβ)、脂质双分子层(lipid bilayer)、低密度脂蛋白(LDL/oxLDL)、α-氨基酸/肽(α-amino acid/peptide)、CDK2、克伦特罗(clenbuterol)/氯霉素(chloramphenicol)、Her2、IgG、甲胎蛋白(AFP)、血管生成素-1(Ang-1)、ALCAM、痘苗病毒(vaccinia virus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、酵母(baker's yeast)、炭疽芽孢杆菌(Bacillus anthracis)、枯草芽孢杆菌(B. subtilis)、大肠杆菌O157:H7(E. coli)、沙门氏菌(Salmonella typhimurium)、蓖麻毒素(ricin)、兔热病杆菌(F. tularensis)、隐孢子虫(Cryptosporidium)、T5噬菌体、SARS-CoV；样品基质包括水样、血清/血浆、尿液、食品、空气气溶胶、细胞裂解液、缓冲液等。

微悬臂梁生物传感器通常在一侧表面固定识别元件，另一侧保持惰性以形成应力差。目标物与抗体、酶、蛋白受体或聚合物结合后，引起表面应力、质量负载、蛋白构象变化、聚合物溶胀或局部粘度变化。静态模式下，单侧吸附产生差值表面应力，使悬臂梁弯曲，弯曲半径可用Stoney公式描述；动态模式下，质量增加使有效质量m*增大，谐振频率f=1/(2π)√(K/m*)下降，而应力改变弹簧常数K可进一步放大频率偏移。信号通过激光偏转、压阻、压电、磁致伸缩或CMOS电路读出。放大策略包括层-by-layer多层、聚合物刷、纳米颗粒质量诱导剂、旋转共振和高Q磁致伸缩结构。

LOD: approximately 10^-7 M (paraoxon, AChE MCL)；dynamic range: 10^-7 to 10^-3 M (paraoxon, OPH MCL)；LOD: 4 mg ml^-1 (DDT)；linear range: 1×10^-11 through 1×10^-7 M (17β-estradiol)；LOD: 4.65 pM (atrazine)；LOD: 10 mg l^-1 (liquid TMA)；LOD: 1.65 g l^-1 (gas TMA)；LOD: 2300 ppm (HF)；LOD: 10^-9 M (Cd(II))；sensitivity: below 20 mg ml^-1 (myoglobin)；LOD: 1 mM (myoglobin)；range: 0.5 to 10 mM (glucose)；range: 0–25 mM (fructose)；LOD: 10^-11 M (Ca2+)；LOD: 10^-7 M (CaM Ca2+)；LOD: 5×10^-10 M (Fe3+)；LOD: 6.6 pM (PKA)；range: 0.2 ng ml^-1 to 60 mg ml^-1 (fPSA)；LOD: 10 ng ml^-1 (PSA)；LOD: 1 pg ml^-1 (PSA)；LOD: 1 and 10 nM (streptavidin)；LOD: 10^-11 mol ml^-1 (avidin)；LOD: 8 mg ml^-1 (gp120)；LOD: 0.17 mg ml^-1 (17b)；sensitivity: 2.5 nM (ERβ)；LOD: 5 ng ml^-1 (Her2)；LOD: 0.1 ng ml^-1 (clenbuterol)；LOD: 0.2 ng ml^-1 (chloramphenicol)；LOD: 2 ng ml^-1 (AFP)；LOD: 10 ng ml^-1 (ALCAM)；LOD: 10^3 CFU ml^-1 (Aspergillus niger)；mass sensitivity: 53 pg Hz^-1 (Aspergillus niger)；LOD: 1 mg ml^-1 (yeast)；LOD: 10^5 spores ml^-1 (B. anthracis)；LOD: 50 spores (B. anthracis)；measurement sensitivity: 9.23 Hz fg^-1 (air, B. anthracis)；measurement sensitivity: 0.1 Hz fg^-1 (water, B. anthracis)；LOD: 38 BA spores l^-1 (air, B. anthracis)；LOD: ~5 spores l^-1 (air, B. anthracis)；LOD: 1×10^5 spores ml (B. subtilis)；LOD: 1×10^6 cfu ml^-1 (E. coli O157:H7)；LOD: 700 bacteria ml^-1 (E. coli)；LOD: 10 cells ml^-1 (E. coli)；LOD: 1 cell ml^-1 (E. coli)；LOD: 100 E. coli cells (E. coli growth)；LOD: 1×10^3 and 500 cells ml^-1 (Salmonella)；mass detection sensitivity: -5×10^-11 g Hz^-1 (Salmonella)；LOD: 40 parts per trillion (ricin)；LOD: less than 1×10^3 organisms ml (F. tularensis)；LOD: 100, 1000, and 10 000 oocysts ml^-1 (Cryptosporidium)；LOD: 300 fM (T5)；LOD: 0.1 mg ml^-1 (FIP/SARS-CoV model)

综述显示MCL传感器选择性与抗干扰良好：OPH-MCL测量间标准误差5%、器件间15%；葡萄糖传感器不响应甘露糖、果糖和半乳糖，重现性约10%；PSA可在1 mg ml^-1 BSA背景中检测fPSA 0.2 ng ml^-1–60 mg ml^-1，纳米颗粒增强2–4倍，LOD 1 pg ml^-1；clenbuterol/chloramphenicol LOD优于dcELISA；B. anthracis交叉反应比约0.05；E. coli O157:H7 <2 h检测1×10^6 cfu ml^-1，改进至1 cell ml^-1；Salmonella低于商业Raptor一个数量级；vaccinia可检测单个病毒。作者认为MCL适合无标记、实时、现场和复杂样品检测，但尚未商业化，寿命等数据不完整。

过去十五年中，微悬臂梁（MCL）已成为检测化学物质和生物体的灵敏工具。由于其尺寸小、重量轻、比表面积高，基于MCL的传感器可显著提高对生物制剂的检测和识别能力，理论上甚至可检测单个实体。生物传感器由生物识别组分与物理化学换能器组成。已有微悬臂梁生物传感器综述多按抗体、酶、蛋白等识别元件分类。本综述则按具体化学物质和生物体物种组织文献，系统总结截至2010年报道的各类MCL生物传感器，涵盖有毒化学品、重金属离子、生化标志物、微生物及病毒等，以便研究者快速查找特定分析物对应的传感器与参考文献。