组成图示
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传感器类型
其他（微悬臂梁生物传感器）
检测对象
三甲胺（trimethylamine, TMA）；样品基质：0.01 M磷酸盐缓冲液（水溶液/海鲜样品裂解液）
检测原理
含巯基肽经N端Cys与金膜形成Au–S键，在微悬臂梁金面自组装成单分子层。TMA与肽中谷氨酸（Glu）的COO−基团相互作用，其他氨基酸提供特定二级结构，实现选择性识别。结合后释放肽分子间COO−排斥，使肽层收缩并产生表面应力变化，导致硅微悬臂梁向金面弯曲；平衡弯曲幅度随TMA浓度增大，在8–800 ppm内响应。激光从金面反射至四象限位置敏感探测器（PDD），将弯曲位移转换为表面应力信号。吸附动力学符合Langmuir模型，k为0.23 s−1，无额外信号放大。
检测灵敏度
LOD: approximately 8 ppm；动态范围: 8 ppm–800 ppm
效应效果
该传感器对TMA选择性高，对组胺（HI）、黄嘌呤（HX）、丙酮、乙醇、乙酸乙酯、DMF、甲醇、甲苯、己烷和氯仿无或仅轻微响应。800 ppm TMA及800 ppm TMA+800 ppm HI+800 ppm HX混合体系中，表面应力变化分别为0.035±0.005 N/m和0.040±0.006 N/m，HI和HX无显著干扰。未修饰微悬臂梁对800 ppm TMA无响应。同一传感器重复测量标准偏差小于5%，五个不同传感器间标准偏差小于15%。传感器在4℃缓冲液或室温干燥保存超过1个月仍保持相似响应。相比GC、HPLC、IMS和MS，该传感器更小型化、低成本，适合现场分析；相比羧酸修饰微悬臂梁选择性显著提高，可用于食品腐败、环境监测和医学诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅微悬臂梁（Si MCL，CSC12，90 μm×35 μm×1.0 μm），承载表面应力并产生可测弯曲
- 粘附层：铬（Cr，20 nm），提高金膜与二氧化硅/硅表面的附着
- 金属修饰层：金（Au，20 nm），提供Au–S自组装界面并反射激光用于光学读取
- 识别元件：特异性肽（Cys-Pro-Ser-Ala-Asn-Asn-Ser-Thr-Val-Lys-Glu-Gly-Cys-Gly），N端Cys经Au–S键自组装，选择性结合TMA
- 识别界面：肽单分子层（SAM），通过Glu的COO−与TMA相互作用产生表面应力变化
- 样品介质：0.01 M磷酸盐缓冲液（PB，pH 7.0），流动样品基质，维持肽构象
- 信号读出：四象限AFM激光位移检测系统（laser + PDD），将MCL弯曲转换为表面应力信号
中文摘要
本文报道了一种基于微悬臂梁（MCL）并修饰特异性肽的生物传感器，用于高选择性检测三甲胺（TMA）。该传感器利用肽功能化微悬臂梁在结合TMA后发生弯曲的机制：TMA与肽表面识别位点结合后改变表面应力，使悬臂梁产生可测形变。传感器对TMA具有选择性响应，平衡弯曲幅度与TMA浓度相关，动态范围为8–800 ppm，检出限约为8 ppm。同一传感器重复测量标准偏差为5%，不同传感器之间标准偏差为15%，表明其具有良好重复性。TMA是室温下具有鱼腥和氨味的气体，是海鲜腐败的重要指标，也与环境监测和医学诊断相关。传统GC、HPLC、IMS和MS方法设备昂贵且复杂，不适合现场分析。该工作将含巯基肽自组装到金膜微悬臂梁上，通过光学梁偏转法读取弯曲，为食品腐败、环境及医学检测提供了一种小型化、低成本、高选择性的传感方案。
英文摘要
We report a biosensor based on a microcantilever that is modified by a specific peptide for highly selective detection of trimethylamine (TMA). The assay is based on binding-induced bending of the peptide functionalized microcantilevers. The sensor is selectively responsive to TMA. The amplitude of microcantilever bending at equilibrium is a function of the concentration of TMA with a dynamic range from 8 ppm to 800 ppm. The detection limit is approximately 8 ppm. There is a good intra-sensor and an acceptable inter-sensor reproducibility as evidenced by the standard deviation of 5% and 15%, respectively.