组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
蛋白质/抗原（protein/antigen，血清、尿液、血浆）、核酸（DNA/RNA，临床样本、细胞裂解液）、细菌（bacteria，食品、水样、发酵液）、病毒（virus，临床/环境样本）、小分子（small molecules，环境水样、食品、飞灰、呼气）、细胞/脂质膜（cells/lipid membranes，细胞培养液、脂质体/膜模型）
检测原理
QCM生物传感器以AT切石英晶体为换能器，在厚度剪切模式下谐振。识别元件（抗体、适配体、DNA探针、凝集素、MIP或酶）通过SAM、聚电解质多层膜或纳米材料固定于金电极表面。被测物与识别元件结合后，界面质量增加，并可能改变吸附层的黏弹性、厚度、粗糙度和水合状态；在液体环境中，频率变化同时受Sauerbrey质量项和黏弹性/耦合水贡献影响。若引入HRP、NeutrAvidin、纳米金或酶催化沉积（如DAB、4-氯-1-萘酚）等放大策略，结合事件会转化为更大的质量沉积，使频率下降或耗散/阻抗变化随被测物浓度增大。仪器实时读出ΔF、ΔD、阻抗或运动电阻，从而获得结合/解离动力学、亲和力、特异性及构象变化信息。
检测灵敏度
综述未给出统一灵敏度；代表性原文数值：LOD: 10^2 cells/mL；线性范围: 10^2–10^7 cells/mL；LOD: 0.1 nM；LOD: 8.6 fg/mL；LOD: 0.130 ng/mL；线性范围: 0.01–0.2 NCU/mL；线性范围: 0.01–10 ng/mL；LOD: 10 pg/mL；LOD: 1 nM；灵敏度斜率: 520 Hz/ppm；LOD: 5 ppb；LOD: 2.7 ppb；线性范围: 1 nM–50 mM；R = 0.99。
效应效果
综述显示QCM可无标记、实时监测软物质界面，商用多通道系统支持参考通道与结合特异性比较。代表性性能包括：抗瓜氨酸肽抗体检测较ELISA和微阵列分别多检出34.4%和37.5%的类风湿关节炎患者；HIV-1/HIV-2血清线性范围为0.01–0.2 NCU/mL；HBV DNA检测限8.6 fg/mL，与实时PCR相比临床特异性94.44%；二噁英免疫传感器检测限10 pg/mL，与ELISA和GC/MS相当；8-OHdG血浆样品平均回收率80%；Cu(II) MIP线性范围1 nM–50 mM、检测限0.8 nM；完整脂质体固定可稳定10 h且频率变化<5%；振荡振幅低于20 nm时对细胞黏附无损伤。作者认为QCM适用于分子识别、临床诊断、食品/环境检测和细胞-材料界面研究。
传感器的构成
- 基底/换能器：AT切石英晶体微天平（QCM）金电极，提供厚度剪切模式谐振并输出频率/耗散信号。
- 界面修饰层：硫醇自组装单分子层（SAM，如11-巯基十一烷酸11-MUA、6-巯基己醇6-MHO、MCH）或聚电解质/聚合物多层膜，用于定向固定与抗非特异结合。
- 识别元件：抗体、抗原、凝集素（Con A）、DNA/RNA探针、适配体、分子印迹聚合物（MIP）、酶（HRP/AChE）或细胞/脂质膜，用于特异性捕获被测物。
- 信号放大/标记：链霉亲和素/NeutrAvidin、金纳米颗粒、纳米金、HRP催化沉积（DAB、4-氯-1-萘酚）等，将结合事件转化为质量/黏弹性变化。
- 读出：QCM振荡电路/仪器，监测谐振频率、耗散、阻抗或运动电阻变化。
中文摘要
自本系列首次报道压电声学传感器以来，使用石英晶体微天平（QCM）的论文数量持续稳步增长。2001年至2009年，QCM年发文量由49篇增至273篇，2004年至2008年间年发文量增长约两倍。与上一综述周期相比，QCM在蛋白质表面吸附（增长93%）、止血/稳态（增长67%）、蛋白质-蛋白质相互作用（增长40%）和碳水化合物（增长43%）等方向的应用明显增加。新型商用系统的推出推动了该技术用于表征分子识别事件相关的结合特异性、亲和力、动力学和构象变化。本文首先介绍声学分析的理论基础与实际要点，随后综述2006–2009年小分子配体、碳水化合物、蛋白质、核酸、病毒、细菌、细胞和膜界面等关键应用领域的代表性工作。
英文摘要
Since the publication of the original review of piezoelectric acoustic sensors in this series there has been a consistent, gradual expansion in the number of published papers using 'quartz crystal microbalances' (QCM). Between 2001 and 2009, the number of QCM publications per annum has increased from 49 to 273, with a two-fold increase in papers per annum between 2004 and 2008. Within the field, comparing the time covered by the current to the previous review, there are trends towards increasing use of QCM in the study of protein adsorption to surfaces (93% increase), homeostasis (67% increase), protein-protein interactions (40% increase) and carbohydrates (43% increase). New commercial systems have been released that are driving the uptake of the technology for characterization of binding specificities, affinities, kinetics and conformational changes associated with a molecular recognition event. This paper highlights theoretical and practical aspects of the principles that underpin acoustic analysis, then reviews exemplary papers in key application areas involving small molecular weight ligands, carbohydrates, proteins, nucleic acids, viruses, bacteria, cells and membrane interfaces.