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
人免疫球蛋白G（human IgG，IgG），样品基质：PBS缓冲液（磷酸盐缓冲液，pH 7.4）流动注射溶液
检测原理
传感器表面固定金黄色葡萄球菌蛋白A（SpA）作为识别元件，PBS流动注射中的人IgG与SpA发生特异性结合。结合后IgG质量吸附在石英表面，使55 MHz剪切横向共振频率下降；在薄石英、无电极条件下，频率变化与吸附质量近似满足Sauerbrey关系。结合过程按伪一级动力学描述：Δf(t)=Δfe(e^{-Rt}-1)，R=ka C_IgG+kd，其中ka、kd分别为结合与解离速率常数，KA=ka/kd反映亲和力。流速通过对流补充传感器表面附近的分析物，降低局部浓度耗竭，使表观ka和kd随流速增加，但KA基本不变。高浓度时表面覆盖导致空间位阻，使响应偏离单指数。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数；报告浓度测试范围: 67 pM–67 nM（图5）；67 pM–134 nM（结论）；临界频率变化: -5.2 kHz（30 µm, 55 MHz）；-70 Hz（9 MHz）；30 µm无电极QCM对1 nm蛋白层双面的频率变化为2.08 kHz，500 nm Au电极下为1.27 kHz。
效应效果
该传感器以SpA特异性识别IgG，并用BSA封闭降低非特异结合。重复性方面，同一传感器尖端可完成20次注射测试，约10次测量后更换；同浓度IgG的频率下降量和指数系数R的典型波动分别在20%和15%以内。流速从50增至1000 µL/min时，结合与解离速率常数均增加约3倍，但平衡常数KA基本不变，说明流速主要影响局部浓度恢复而不改变热力学亲和力。高浓度IgG（>34 nM）时单指数拟合失效，临界频率变化为Δf/f=9.5×10^-5（Δf=5.2 kHz），对应表面空间位阻。理论计算表明500 nm Au电极使30 µm QCM灵敏度降低40%。作者认为该无线无电极QCM适合高灵敏度、定量生物分子相互作用与亲和力测定。
传感器的构成
- 基底/换能器：30 µm厚AT切石英晶片（AT-cut quartz plate），5×4 mm²，基频约55 MHz，提供剪切横向振动换能。
- 金属薄膜层：2 nm Cr/18 nm Au磁控溅射于两面，提供金表面用于硫醇自组装；文中称20 nm Au/Cr对灵敏度影响可忽略。
- 自组装单分子层：10 mM 10-羧基-1-癸硫醇（10-carboxy-1-decanethiol）在无水乙醇中处理20 h，形成羧基功能化金表面。
- 识别元件：金黄色葡萄球菌蛋白A（SpA）经EDC活化羧基后共价固定，用于特异性捕获IgG。
- 封闭剂：10 mg/mL牛血清白蛋白（BSA）封闭剩余活化位点，减少IgG非特异结合。
- 流动池：自制传感器池，硅橡胶夹持石英边缘，PBS载液流动，流速50–1000 µL/min。
- 无线激励/检测：发射天线与接收天线非接触施加/接收声信号，超外差频谱仪测量相位与幅度，频率扫描确定共振频率。
- 信号读出：共振频率变化Δf随表面吸附质量变化，按Sauerbrey关系和结合动力学模型分析。
中文摘要
本文开发了一种55 MHz无线无电极石英晶体微天平（QCM），并系统研究了流动注射系统中流速对蛋白质检测灵敏度及生物分子亲和力的影响。由于液体中蛋白质的布朗运动使其相遇概率较低，对流效应在流动池注射系统中对灵敏度和亲和力评价具有重要作用。作者将无线石英晶体隔离于QCM池中，在50–1000 µL/min流速下监测人免疫球蛋白G（IgG）与金黄色葡萄球菌蛋白A（SpA）的结合反应。结果表明，灵敏度随流速增加而显著提高，而亲和力值保持不变；然而，对于高浓度分析物，亲和力值会受到反应时间影响，说明准确评估亲和力需要高灵敏度生物传感器系统。此外，理论研究了电极对QCM灵敏度的影响，表明电极会显著降低QCM灵敏度并使Sauerbrey方程失效。
英文摘要
In this paper, we developed a 55-MHz wireless-electrodeless quartz crystal microbalance (QCM) and systematically studied the effects of flow rate on the sensitivity to the detection of proteins and on the affinity between biomolecules evaluated by the flow injection system. Brownian motion of proteins in liquid suggests a low probability of meeting, and the convection effect plays an important role in the sensitivity and the affinity in the flow cell injection system. The wireless quartz crystal was isolated in the QCM cell, and flow rates between 50 and 1000 microL/min were used for monitoring binding reactions between human immunoglobulin G and Staphylococcus aureus protein A. The sensitivity was significantly increased as the flow rate increased, while the affinity value remained unchanged. However, the affinity value was affected by the reaction time for a large-concentration analyte, indicating the need of a high-sensitivity biosensor system for accurate evaluation of affinity. The electrode effect on the QCM sensitivity was also theoretically investigated, showing that the electrode significantly deteriorates the QCM sensitivity and makes the Sauerbrey equation invalid.