组成图示
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传感器类型
比色生物传感器
检测对象
硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacteria, SRB）；样品基质：PBS稀释菌悬液/培养后离心洗涤菌液
检测原理
检测采用夹心免疫格式：聚苯乙烯微孔板包被抗SRB抗体，捕获样品中的硫酸盐还原菌；经BSA封闭后，加入由葡聚糖修饰并偶联抗SRB抗体的MnO2纳米线，使其与SRB表面抗原结合形成免疫复合物。MnO2纳米线具有类氧化酶活性，可在无H2O2条件下催化氧化TMB，生成有色产物，酸化后在450 nm处产生吸光度。SRB浓度越高，结合到复合物上的MnO2纳米线越多，TMB氧化速率和吸光度越大。纳米线高比表面积提供丰富催化位点，动力学符合Michaelis–Menten方程，无机纳米材料赋予体系较高稳定性。
检测灵敏度
线性范围: 1.8 × 10^4–1.6 × 10^7 CFU mL^-1；slope = 0.024；R^2 = 0.963
效应效果
该方法对SRB选择性高，阴性对照大肠杆菌（E. coli）响应低。MnO2纳米线线性范围1.8×10^4–1.6×10^7 CFU mL^-1，slope=0.024，R^2=0.963；HRP对照为1.8×10^5–1.8×10^8 CFU mL^-1，slope=0.407，R^2=0.973。MnO2纳米线比HRP更稳定，pH 3–5和较高温度下保持活性；纳米球24 h活性下降50%。纳米线对TMB的Km比纳米棒低约3倍，kcat高2–3个数量级。作者认为可用于临床诊断、环境水监测和96孔高通量检测。
传感器的构成
- 基底/反应载体：聚苯乙烯酶联免疫微孔板（polystyrene microwells），提供固相反应表面
- 捕获识别层：抗SRB抗体（anti-SRB antibody）包被于孔板，特异性捕获SRB
- 封闭层：1%牛血清白蛋白（BSA）封闭非特异结合位点
- 信号纳米材料：二氧化锰纳米线（MnO2 nanowires/nanoneedles），具有类氧化酶活性，催化TMB显色
- 聚合物修饰层：葡聚糖（dextran）包覆MnO2纳米线，提高生物相容性并提供活化位点
- 检测识别元件：抗SRB抗体（anti-SRB antibody）经NaIO4活化葡聚糖偶联到MnO2纳米线，识别SRB表面抗原
- 底物/显色剂：3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB），被MnO2纳米线氧化显色
- 终止/读出试剂：2 M硫酸（H2SO4）终止反应，450 nm吸光度读出
中文摘要
基于纳米材料的酶联免疫吸附测定（ELISA）具有足够的传感特异性，是复杂生物体系中检测毒理学重要物质的有用分析工具。随着全球对纳米材料需求增加及其安全开发与使用受到关注，病原评估和环境监测迫切需要简单、稳定且灵敏的检测方法，但这一目标尚未实现。本文提出一种混合二氧化锰（MnO2）纳米线-ELISA设计，采用夹心法，可同时为特定抗体和病原硫酸盐还原菌（SRB）提供定量结合信息，并检测病原浓度。3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）作为底物，在无过氧化氢（H2O2）的反应体系中与MnO2纳米线发生反应。作者以该系统作为催化生物传感器测量动力学参数，并通过敏感检测病原证明MnO2纳米线生物传感器的有效性。
英文摘要
Nanomaterial-based enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) with sufficient sensing specificity is a useful analytical tool for the detection of toxicologically important substances in complicated biological systems. Increasing worldwide demand for nanomaterials and increasing concern on their safe development and use, require a simple, stable, and sensitive detection assay for pathogen evaluation and environmental monitoring. However, this goal is not yet achieved. A design for a hybrid MnO(2) nanowire-ELISA using the sandwich assay format, which provides quantitative binding information for both a specific antibody and the pathogen, sulfate-reducing bacteria, and detects pathogen concentration, is presented. 3,3',5,5'-Tetramethylbenzidine was used as the substrate and was allowed to react with the MnO(2) nanowires without H(2)O(2) in the reaction system. The kinetic parameters were measured with the system acting as a catalytic biosensor. The effectiveness of the MnO(2) nanowire-based biosensor was demonstrated by its sensitive detection of the pathogen.