组成图示
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传感器类型
压电(QCM)生物传感器
检测对象
结核分枝杆菌基因组DNA（Mycobacterium tuberculosis genomic DNA，IS6110序列片段）；样品基质：临床痰样（sputum）及标准菌株培养物DNA。
检测原理
未扩增结核分枝杆菌基因组DNA先经BstDSI（BtgI）限制性内切酶消化，获得含IS6110序列的片段；随后热变性为单链，并加入Blocking 1/2阻断寡核苷酸退火，抑制靶DNA复性。单链靶片段与金电极上巯基自组装固定的DNA探针互补杂交，形成双链并使石英晶体表面质量增加。根据Sauerbrey方程，表面质量增加使石英晶体共振频率下降，频率变化ΔF与杂交靶DNA量成正比。因此，靶DNA浓度越高，频率下降越大，直至探针表面饱和；该过程无需荧光或放射性标记，也无需PCR扩增。
检测灵敏度
合成靶DNA最低检测浓度: 0.25 µM；近似线性范围: 0.25–1.5 µM（>1.5 µM稳定）；原文未报告LOD、灵敏度斜率、R^2。
效应效果
该传感器检测200份临床痰样（150份ZN阳性、50份ZN阴性），结果与PCR完全一致，阳性与阴性符合率均为100%。结核分枝杆菌信号高于鸟分枝杆菌复合群、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和粪肠球菌，未观察到交叉杂交。传感器经1 mM HCl清洗1 min后可重复使用至少10次，功能无明显退化。痰样中即使存在其他微生物污染，系统表现仍令人满意。作者认为该方法无需PCR、简便、成本低，适合临床诊断、流行病学调查和生物恐怖监测，但IS6110同源序列可能导致非结核分枝杆菌假阳性。
传感器的构成
- 基底/换能器：12 MHz AT-cut压电石英晶片，表面镀金电极（Au，直径4 mm、厚1000 Å），提供振荡换能与探针固定基底。
- 表面清洁：热Piranha溶液（30% H2O2与H2SO4按1:3）清洗金电极，去除有机物并活化表面。
- 识别元件：5'-巯基修饰寡核苷酸探针（SH-(CH2)6-TTTTTTGTGGCCATCGTGGAAGCGA，1.5 µM），经Au-S自组装单分子层固定，识别IS6110靶序列。
- 封闭剂：1 mM 6-巯基己醇（MCH）封闭金表面残余非特异性结合位点。
- 杂交缓冲液：150 mM NaCl、20 mM Na2HPO4、0.1 mM EDTA（pH 7.4），用于杂交与洗涤。
- 阻断寡核苷酸：Blocking 1（CCTGCGAGCGTAGGCGTCGG）与Blocking 2（ATCGTGGTCCTGCGGGCTTT），与变性后细菌ssDNA退火，防止靶DNA复性。
- 信号读出：振荡计数装置（AVR微控制器、振荡电路、显示），测量石英晶体共振频率变化（Hz），按Sauerbrey方程换算。
中文摘要
本研究开发了一种压电DNA生物传感器，用于检测结核分枝杆菌。该方法将5'-巯基修饰寡核苷酸探针通过自组装单分子层固定于石英晶体金电极表面，利用限制性内切酶BstDSI（BtgI）消化未扩增细菌基因组DNA，获得含IS6110靶序列的片段。样品经热变性后加入阻断寡核苷酸，以减少靶DNA复性并提高杂交效率。杂交后通过测量石英晶体共振频率变化实现无标记检测。作者对200份临床痰样进行检测，结果与PCR一致，对鸟分枝杆菌复合群及其他微生物未观察到交叉杂交。该方法无需PCR扩增，可缩短检测时间、降低成本并简化操作。
英文摘要
Piezoelectric DNA-based biosensor technology was developed as a new method for detection of M. tuberculosis. This method consists of immobilizing a thiol-modified oligonucleotide probe on the gold electrode surface of a quartz crystal, using a self-assembled monolayer method. The advantage of this study is that a non-amplified genomic bacterial DNA target was used. Instead, the genomic DNA was digested by restriction enzyme to obtain DNA fragments containing the target sequence. The fabricated biosensor was evaluated through an examination of 200 samples. No cross hybridization were observed against M. avium complex and other microorganisms. This target DNA preparation, without PCR amplification, will reduce time, costs, and the tedious step of amplification.