组成图示
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传感器类型
其他（导模共振(GMR)光学生物传感器）
检测对象
凝血酶（thrombin）；样品基质为tris-HCl缓冲液（pH 7.4）中的人血浆凝血酶标准品
检测原理
该传感器采用导模共振（GMR）光学换能机制。宽带TE偏振光入射到Si3N4波导-光栅结构上，透射谱出现窄共振谷，其共振波长对表面倏逝场区域的有效折射率变化敏感。29-mer凝血酶适配体（TBA）经APTES和戊二醛固定于SiO2表面后，凝血酶与适配体特异性结合，在传感界面形成TBA-凝血酶复合物，使界面有效折射率增加，导致共振波长红移。波长移动量与表面结合量及凝血酶浓度相关，因此可实时监测结合、解离和再生过程。研究采用Langmuir一一对应吸附模型拟合传感器图，获得结合速率常数ka、解离速率常数kd和亲和常数Ka。该过程无标记、无酶或核酸放大，信号直接来自生物分子结合引起的折射率变化。
检测灵敏度
LOD: 0.19 μM；线性范围: 0.25–1 μM；灵敏度: 0.04 nm/μM；斜率: 0.03994 nm/μM；R^2 = 0.8
效应效果
该传感器实现实时、无标记、原位检测，可连续监测结合、解离和再生过程。在0.25–1 μM范围内线性拟合R^2=0.8，灵敏度0.04 nm/μM，基线标准差0.0025 nm，3σ噪声对应LOD 0.19 μM。动力学分析得到ka约10^5 M^-1 s^-1、kd约10^-1 s^-1、Ka约10^6 M^-1；2 M NaCl再生24 min后波长下降0.029 nm，1.5 μM样品再生时间加倍后下降0.039 nm，表明再生量与结合量相关。文中未报告选择性、抗干扰、RSD或实际样品回收率。作者指出当前非优化芯片灵敏度低于其他GMR传感器，存在扩散和非特异性结合问题，但GMR适配体传感器成本低、可高通量、易于扩展至不同靶标，具有诊断和分析应用潜力。
传感器的构成
- 基底：620 μm厚熔融石英（fused silica）基底，承载波导与光栅并提供光学支撑
- 波导层：Si3N4波导层（PECVD沉积，约110 nm），形成导模并限制光场
- 光栅层：Si3N4一维光栅（周期950 nm，填充因子0.5，深度约55 nm），产生GMR窄带共振
- 表面修饰层：SiO2层（PECVD沉积，50 nm），提供可硅烷化的表面
- 自组装单分子层：3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）SAM，提供氨基用于交联
- 交联固定层：2%戊二醛（GA）溶液，交联固定5'端氨基适配体
- 识别元件：5'端氨基修饰29-mer凝血酶适配体（TBA），特异性识别凝血酶
- 流体池：10 mm×5 mm×0.1 mm流体池，灌注tris-HCl缓冲液和凝血酶样品
中文摘要
近年来，适配体在分析与诊断领域，尤其是生物传感中的应用日益广泛。既往研究已将适配体作为配体与多种传感器结合，用于多种检测应用；然而，将适配体发展与导模共振（GMR）器件相结合的工作尚未见报道。本研究报道了一种基于自制GMR器件的适配体传感器。将29碱基凝血酶适配体（TBA）固定于GMR器件表面，作为识别配体用于凝血酶检测。该初步试验研究中，凝血酶检测灵敏度为0.04 nm/μM，浓度范围为0.25–1 μM，检出限（LOD）为0.19 μM。此外，测得的结合亲和常数（Ka）处于10^6 M^-1量级。研究证明，这种GMR适配体传感器具有实时、无标记、原位检测凝血酶所需的灵敏度，并能提供与结合相关的动力学信息。
英文摘要
Recent developments in aptamers have led to their widespread use in analytical and diagnostic applications, particularly for biosensing. Previous studies have combined aptamers as ligands with various sensors for numerous applications. However, merging the aptamer developments with guided mode resonance (GMR) devices has not been attempted. This study reports an aptasensor based home built GMR device. The 29-mer thrombin aptamer was immobilized on the surface of a GMR device as a recognizing ligand for thrombin detection. The sensitivity reported in this first trial study is 0.04 nm/μM for thrombin detection in the concentration range from 0.25 to 1 μM and the limit of detection (LOD) is 0.19 μM. Furthermore, the binding affinity constant (Ka) measured is in the range of 10(6) M(-1). The investigation has demonstrated that such a GMR aptasensor has the required sensitivity for the real time, label-free, in situ detection of thrombin and provides kinetic information related to the binding.