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
金黄色葡萄球菌肠毒素B（staphylococcal enterotoxin B, SEB）、灭活鼠疫耶尔森菌（inactivated Yersinia pestis）；样品基质：PBSCT缓冲液、50%人血清加标
检测原理
芯片表面固定捕获抗体，目标抗原（SEB或灭活Y. pestis）结合后，加入生物素化检测抗体形成夹心复合物。poly-HRP40-streptavidin（PHRP40-SA）通过链霉亲和素-生物素高亲和结合，将多个HRP定位到界面。加入TMB/H2O2后，HRP催化氧化TMB产生电子，微电极以安培方式检测电流。SABS在首次测量后加入生物素化抗SA或抗HRP抗体，再结合PHRP40-SA，形成多层poly-HRP支架，增加HRP数量并放大电流，从而降低LOD。信号总体随抗原浓度升高而增大，但高浓度时TMB沉淀可能污染表面并抑制电子扩散。
检测灵敏度
LOD: SEB 5 pg/mL（SABS后）；SEB 10 pg/mL（SABS前）；Y. pestis 10^6 CFU/mL（SABS前/后，缓冲液）；Y. pestis 10^7 CFU/mL（50%血清 SABS前）；Y. pestis 10^6 CFU/mL（50%血清 SABS后）
效应效果
该微阵列以S/N>3、S/B>2、S/Z>2判阳，SEB位点CV约5%–20%；SABS后CV升高但无假阳性。50%人血清中，灭活Y. pestis经SABS后10^6 CFU/mL阳性（S/N=14.49、S/B=10.18、S/Z=3.28），SABS前LOD为10^7 CFU/mL；SEB血清实验因内源抗体干扰不稳定。双路SABS后Y. pestis 10^6 CFU/mL、SEB 5 pg/mL可检出。与ELISA（SEB 0.5 ng/mL）、SPR（0.5 ng/mL夹心/5 ng/mL直接）、Luminex（50–100 pg/mL）及便携荧光传感器（0.5/0.1 ng/mL）相比，SEB检出限更优；Y. pestis不及UPT侧流（10^4 CFU/mL）和Luminex（6×10^3 CFU/mL）。检测约3.5 h，SABS约5 h，适用于现场与生物威胁检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：CombiMatrix 4X2K CMOS微电极芯片，铂表面，12,544个可寻址微电极，用于安培信号读出
- 生物相容基质：芯片上生物相容基质（bio-friendly matrix），用于固定捕获抗体
- 捕获抗体层：anti-SEB、anti-Y. pestis、anti-B. anthracis多克隆抗体，特异性结合目标抗原
- 封闭剂：PBSCT（PBS/0.3% casein/0.1% Tween-20），封闭非特异位点
- 检测抗体：生物素化anti-SEB（2 μg/mL）或生物素化anti-Y. pestis（4 μg/mL），形成夹心复合物
- 信号标记物：poly-HRP40-streptavidin（PHRP40-SA），结合生物素并携带多个HRP
- SABS放大层：生物素化山羊抗链霉亲和素（biotinylated goat anti-streptavidin）或生物素化兔抗HRP，再结合PHRP40-SA形成多层poly-HRP支架
- 底物/电子供体：ElectraSense TMB底物与H2O2，HRP催化氧化TMB产生可检测电子
中文摘要
本文报道了一种基于CombiMatrix抗体微阵列的电化学生物传感器，用于多路检测鼠疫耶尔森菌（Yersinia pestis）和金黄色葡萄球菌肠毒素B（SEB）。芯片由可寻址CMOS微电极与相邻生物相容基质组成，基质上固定针对Y. pestis、炭疽芽孢杆菌（Bacillus anthracis）和SEB的捕获抗体。目标抗原与表面抗体结合后，依次加入生物素化检测抗体、多聚辣根过氧化物酶-链霉亲和素（PHRP40-SA）以及TMB/H2O2底物，HRP催化氧化TMB产生电子，由ElectraSense读数仪进行安培检测。作者引入超亲和素-生物素系统（SABS），通过生物素化抗链霉亲和素或抗HRP抗体再结合PHRP40-SA，形成多层多聚HRP支架，增强信号并降低检出限。在缓冲液中，SEB和灭活Y. pestis可单独或双路检测，最低检出限分别为5 pg/mL和10^6 CFU/mL。该平台具有便携、灵活和灵敏等特点，适用于现场检测和生物威胁监测。
英文摘要
The CombiMatrix antibody microarray is a versatile, sensitive detection platform based on the generation and transduction of electrochemical signals following antigen binding to surface antibodies. The sensor chip described herein is comprised of microelectrodes coupled to an adjacent bio-friendly matrix coated with antibodies to the biological pathogens Yersinia pestis and Bacillus anthracis, and the bacterial toxin staphylococcal enterotoxin B (SEB). Using this system, we were able to detect SEB and inactivated Y. pestis individually as well as in two-plex assays at concentrations as low as 5 pg/mL and 10(6) CFU/mL, respectively. We also introduce super avidin-biotin system (SABS) as a viable and effective means to enhance assay signal responses and lower detection limits. Together these technologies represent substantial advances in point-of-care and point-of-use detection applications.