组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
大肠杆菌（Escherichia coli W1485，细菌悬液/缓冲液）、空肠弯曲杆菌（Campylobacter jejuni，细菌悬液）、幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，细菌悬液）、登革病毒血清型（血清/血浆）、癌细胞表面糖表达（细胞悬液）、肝细胞生长因子/分散因子（HGF/SF，细胞培养上清）、淀粉样蛋白 Aβ（样品基质未明确）
检测原理
该综述所述传感器以碳水化合物或凝集素为识别元件，通过表面偶联化学固定于金、石英晶体或电极表面。被测物如细菌 LPS O-抗原、糖类或糖蛋白与表面甘露糖、凝集素等发生特异性结合；由于单糖-凝集素结合较弱，常采用多价相互作用、糖簇效应、甘露糖-ConA-LPS 双识别或交联糖聚合物提高表观亲和力。结合事件改变界面质量、粘弹性、电荷或折射率，QCM 表现为频率下降和阻尼变化，电化学表现为阻抗/电流变化，SPR 表现为响应变化。部分体系用糖类偶联 AuNPs 实现多价放大，信号随被测物浓度增加而增强。
检测灵敏度
LOD: 1.5 μM（硼酸聚合物检测甘露糖-AuNPs）；线性范围: 23 μM–3.825 mM（硼酸聚合物-甘露糖-AuNPs）；线性范围: 7.5×10^2–7.5×10^7 cells/mL（甘露糖-ConA QCM 检测 E. coli W1485）；线性范围: 2.9×10^7–2.7×10^8 cells/mL（仅甘露糖 QCM）；灵敏度: 1–5 μM（panose/maltose 免疫传感器）
效应效果
代表性 QCM 甘露糖-ConA 传感器对大肠杆菌 W1485 的线性范围达 7.5×10^2–7.5×10^7 cells/mL，比仅甘露糖传感器宽约四个数量级，结合灵敏度提高超过 10^4 倍；结合过程中阻尼电阻变化不超过 1.4%，表明细菌附着较刚性。对金黄色葡萄球菌、胎牛血清和 ECL 蛋白的非特异性结合较低，选择性来自 ConA 定向固定与甘露糖-ConA-LPS 双识别。硼酸聚合物体系可用 1 M 醋酸再生，结合顺序为岩藻糖<葡萄糖<甘露糖<半乳糖<麦芽糖，并可通过模式识别提高选择性。作者认为碳水化合物/凝集素传感器可用于感染病诊断、食品安全和环境监测。
传感器的构成
- 基底/换能器：金表面石英晶体（Au/QCM），提供压电换能与导电支撑
- 自组装修饰层：11-巯基十一烷酸（MUA），提供羧基用于 EDC/NHS 胺偶联
- 识别元件：Con A 凝集素，特异性结合细菌 LPS O-抗原
- 识别元件：甘露糖 SAM，结合大肠杆菌 I 型菌毛甘露糖受体
- 多价识别层：甘露糖-ConA-LPS 双识别界面，增强结合刚性与表观亲和力
- 无标记信号源：大肠杆菌 W1485 细胞，结合后引起界面质量变化
- 读出层：QCM 频率与阻尼电阻变化，实现实时无标记读出
中文摘要
碳水化合物识别广泛存在于自然界，在生物实体间初始附着中起重要作用。本文综述碳水化合物-蛋白相互作用能否作为抗体或核酸识别的替代方案用于检测与鉴定。当前碳水化合物用于生物检测体系的例子有限，主要挑战包括碳水化合物-蛋白相互作用亲和力弱、缺乏结构明确的通用碳水化合物支架，以及高信息量、实时、无标记检测技术尚不成熟。文章重点讨论自然界碳水化合物-蛋白相互作用的特征，以及基于表面偶联化学的碳水化合物固定化方法，评估其开发碳水化合物和凝集素基无标记传感器的通用性。同时给出多价碳水化合物-蛋白相互作用用于传感器应用的创新设计实例，并通过若干代表性案例说明碳水化合物和凝集素作为识别元件用于无标记生物传感器开发的可行性，为实际生物传感器应用构建灵活平台。
英文摘要
Carbohydrate recognition is clearly present throughout nature, playing a major role in the initial attachment of one biological entity to another. The important question is whether these prevalent interactions could provide a real suitable alternative to the use of antibodies or nucleic acid for detection and identification. Currently, examples of carbohydrates being employed in biological detection systems are limited. The challenges of using carbohydrate recognition for detection mainly come from the weak affinity of carbohydrate-protein interactions, the lack of versatile carbohydrate scaffolds with well-defined structures, and the less developed high-information-content, real-time, and label-free assay technology. In this review, we focus on discussing the characteristics of carbohydrate-protein interactions in nature and the methods for carbohydrate immobilization based on surface coupling chemistry in terms of their general applicability for developing carbohydrate- and lectin-based label-free sensors. Furthermore, examples of innovative design of multivalent carbohydrate-protein interactions for sensor applications are given. We limit our review to show the feasibility of carbohydrate and lectin as recognition elements for label-free sensor development in several representative cases to formulate a flexible platform for their use as recognition elements for real-world biosensor applications.