组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
三硝基甲苯（TNT, trinitrotoluene）；样品基质：土壤甲醇/乙腈提取物、水样/溶剂样品、军事区域土壤提取物
检测原理
该传感器采用间接竞争适配体法与光纤倏逝场荧光读出。石英光纤表面经NaOH活化和氨基硅烷化后，共价固定活化的TNT衍生物作为表面靶标。样品中的游离TNT与荧光标记的TNT特异性RNA适配体先发生竞争结合；随后混合液进入流通池，未被游离TNT占据的适配体结合到表面固定TNT衍生物上。无TNT时，适配体充分结合表面，荧光纳米珠靠近光纤，480 nm LED通过倏逝场激发荧光，PMT记录强信号；TNT浓度升高时，适配体被游离TNT占据，表面结合减少，荧光信号下降。信号抑制程度与TNT浓度相关。系统未使用HCR、RCA或CRISPR-Cas等核酸扩增，主要依靠荧光纳米珠标记和倏逝场近表面检测提高灵敏度。
检测灵敏度
原文未报告具体LOD、线性范围、灵敏度斜率或R^2；仅称校准曲线提示检测限在皮摩尔范围（detection limit in the picomolar range）。
效应效果
系统对TNT具有较高选择性，Tetryl、4-硝基酚等结构类似物或副产物未造成明显误报；适配体可在至少50%甲醇或乙腈中保持活性，适合土壤有机溶剂提取。10次重复测量标准偏差约0.062；同一光纤可重复使用至少10次，不再生时也可连续测量至少5个样品-适配体混合物。实际军事区域土壤提取物中，HPLC对照测得TNT浓度分别为1×10⁻⁴ M和1×10⁻⁵ M，传感器结果与HPLC一致。作者称其检测限达皮摩尔范围，优于所引抗体ELISA（0.06 ng/ml和约20 ng/ml），可在数分钟内现场定性检测并粗略估计浓度，适用于长期污染土壤和紧急泄漏。
传感器的构成
- 基底/换能器：硬塑料包层熔融石英光纤（Laser Components，内径400 μm），去除包层后作为倏逝场传感光纤
- 表面活化层：5 M NaOH处理3–4 h，活化石英表面以便后续硅烷化
- 硅烷化修饰层：10% (v/v)氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）在稀HCl（pH 3.45）中硅烷化，提供氨基偶联位点
- 固定化捕获层：经酸性基团衍生化活化的TNT衍生物共价偶联至氨基表面，作为竞争法中的表面固定靶标
- 识别元件：TNT特异性RNA适配体（SELEX筛选，约90 nt前体，含特定序列），识别游离TNT
- 信号标记物：胺修饰荧光纳米珠（fluoSpheres，200 nm）经生物素化互补寡核苷酸连接至适配体，提供荧光标记
- 流动池与再生：玻璃流通池（有效体积100 μl）承载光纤；SDS或NaOH再生液用于释放适配体并恢复表面
中文摘要
可靠监测、检测和表征受污染土壤对军事活动区域的高效去污至关重要，柔性现场分析可由生物传感器装置实现。利用光纤倏逝场技术，已证明免疫亲和反应可灵敏地检测炸药。除抗体作为分子识别元件外，高亲和力核酸适配体也可被采用。适配体是合成生成的高效结合分子，可针对包括药物、炸药及其衍生物等小分子配体进行筛选。本文报道了检测炸药分子三硝基甲苯（TNT）的特异性适配体的开发，并将其作为灵敏捕获分子用于光纤生物传感器。此外，通过生物传感器测量对适配体进行了表征。适配体生物传感器的优点包括稳健性、能在不同炸药分子之间进行区分且对天然土壤中其他化学物质不敏感，以及可集成到便携设备中的潜力。结果可在数分钟内获得，既适用于长期污染土壤，也适用于紧急危险泄漏。
英文摘要
Reliable observation, detection and characterisation of polluted soil are of major concern in regions with military activities in order to prepare efficient decontamination. Flexible on-site analysis may be facilitated by biosensor devices. With use of fibre-optic evanescent field techniques, it has been shown that immunoaffinity reactions can be used to determine explosives sensitively. Besides antibodies as molecular recognition elements, high-affinity nucleic acids (aptamers) can be employed. Aptamers are synthetically generated and highly efficient binding molecules that can be derived for any ligand, including small organic molecules like drugs, explosives or derivatives thereof. In this paper we describe the development of specific aptamers detecting the explosives molecule TNT. The aptamers are used as a sensitive capture molecule in a fibre-optic biosensor. In addition, through the biosensor measurements the aptamers could be characterised. The advantages of the aptamer biosensor include its robustness, its ability to discriminate between different explosives molecules while being insensitive to other chemical entities in natural soil and its potential to be incorporated into a portable device. Results can be obtained within minutes. The measurement is equally useful for soil that has been contaminated for a long time and for urgent hazardous spills.