组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）；样品基质：PBS 细菌悬液及新鲜切除猪皮拭子恢复的 PBS 溶液（人皮替代物）。
检测原理
该传感器为无标记电位法。SWCNT 网络具有双电层电容、高比表面积和良好界面电荷转移能力，作为离子-电子换能器。抗 S. aureus 适配体通过共价酰胺键或芘基 π-π 堆积固定于 SWCNT 表面。当 S. aureus 加入后，适配体与细菌表面保守表位特异性结合，引起适配体构象变化及细菌细胞壁周围离子分布变化，改变 SWCNT/溶液界面电荷与双电层，使工作电极相对 Ag/AgCl 参比电极的 EMF 发生漂移。EMF 变化与细菌浓度对数（Decade）呈线性，浓度越高电位变化越大。共价固定改善适配体取向与稳定性，使最低检测浓度降至 8×10^2 CFU/mL；非共价固定结合量较低，但局部灵敏度更高。系统无需荧光/酶标记或核酸扩增放大。
检测灵敏度
共价法：LOD（最低检测浓度）: 8 × 10^2 CFU/mL；线性范围: 8 × 10^2–10^8 CFU/mL（6 orders of magnitude）；灵敏度: 0.36 mV/Decade（standard deviation = 0.25 mV/Decade）；R^2 = 0.94。非共价法：LOD（最低检测浓度）: 10^7 CFU/mL；线性范围: 10^7–10^8 CFU/mL（1 order of magnitude）；灵敏度: 1.52 mV/Decade。仪器噪声 LOD: 96 μV（共价）、42 μV（非共价）。
效应效果
共价传感器对大肠杆菌（E. coli）和表皮葡萄球菌（S. epidermidis）在0–10^8 CFU/mL无明确电位响应（>10^7 CFU/mL出现基线漂移），猪皮样品中亦无响应，选择性良好；信号在8×10^2–10^8 CFU/mL范围内至少稳定1 h，经2 M NaCl再生3–6次无明显性能损失。非共价传感器仅稳定10 min，再生2–3次后失效。猪皮加标5×10^6 CFU，拭子回收率平均15%（1.6%–29.6%），共价传感器对回收液产生390±16 μV电位变化（N=3），非共价无响应。全流程约2 min取样、<6 min出信号，较传统平板计数2–4 d及现有SPR/荧光法更低检出、更快速，适合皮肤等临床样品实时无标记检测。
传感器的构成
- 换能器/工作电极：单壁碳纳米管网络（SWCNTs），作为离子-电子电位换能器，提供双电层电容与界面电荷转移
- 共价修饰层：氧化引入羧基（-COOH）的 SWCNT 端基，经 EDC/NHS 羰二亚胺化学与 3′-NH2 适配体形成酰胺键
- 非共价修饰层：3′-芘基修饰适配体（Pyr-Aptamer）中的芘基（C3-Pyr）通过 π-π 堆积吸附于 SWCNT 侧壁
- 识别元件：抗金黄色葡萄球菌 DNA 适配体（anti-S. aureus aptamer，88-mer），特异性识别 S. aureus 表面表位
- 参比电极：Ag/AgCl/KCl（3 M）双接点参比电极，含 1 M LiAcO 电解液桥，提供稳定电位参考
- 检测介质：磷酸盐缓冲液（PBS，1.7 mM，pH 7.4），维持离子环境并作为皮肤拭子恢复液
- 再生介质：2 M NaCl 溶液，用于解离细菌-适配体复合并再生传感器
中文摘要
本文报道了首个能够实时检测金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）的生物传感器。该传感器以单壁碳纳米管（SWCNTs）网络作为离子-电子电位换能器，以抗 S. aureus DNA 适配体作为识别元件，实现无标记电位检测。作者比较了两种适配体功能化策略：一是将 3′-芘基修饰适配体（Pyr-Aptamer）滴铸并依靠 π-π 堆积非共价吸附于 SWCNT 侧壁；二是将 3′-胺基修饰适配体（NH2-Aptamer）与氧化引入 SWCNT 端部的羧基经 EDC/NHS 羰二亚胺化学共价连接。两种策略均获得功能传感器，但性能差异显著：共价法最低可检测浓度为 8×10^2 CFU/mL，灵敏度为 0.36 mV/Decade；非共价法灵敏度更高，为 1.52 mV/Decade，但最低可检测浓度升至 10^7 CFU/mL。两种传感器的电位响应均与细菌浓度对数呈线性关系。作者进一步用新鲜切除猪皮作为人皮替代物，检测其表面污染的目标菌，证明该传感器可用于皮肤样品中 S. aureus 的实时、无标记检测。
英文摘要
In this paper we report the first biosensor that is able to detect Staphylococcus aureus in real-time. A network of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) acts as an ion-to-electron potentiometric transducer and anti-S. aureus aptamers are the recognition element. Carbon nanotubes were functionalized with aptamers using two different approaches: (1) non-covalent adsorption of drop-casted pyrenil-modified aptamers onto the external walls of the SWCNTs; and (2) covalent bond formation between amine-modified aptamers and carboxylic groups previously introduced by oxidation at the ends of the SWCNTs. Both of these approaches yielded functional biosensors but there were large differences in the minimum detectable bacteria concentration and sensitivity values. With covalent functionalization, the minimum concentration detected was 8×10(2)colony-forming units (CFU)/mL and the sensitivity was 0.36 mV/Decade. With the non-covalent approach, the sensitivity was higher (1.52 mV/Decade) but the minimum concentration detected was greatly affected (10(7) CFU/mL). In both cases, potential as a function of Decade of bacteria concentration was linear. Functional biosensors were used to test real samples from freshly excised pig skin, contaminated with the target microorganism, as a surrogate for human skin.