组成图示
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传感器类型
其他（折射率波导光栅生物传感器）
检测对象
可卡因（cocaine）；样品基质：水样品/PBS（目标为机场行李可卡因蒸气捕集后的液体样品）
检测原理
检测采用竞争性免疫方案。Ta2O5 波导光栅表面经 OptoDex 固定多价可卡因 APC。样品中的可卡因与 APC 竞争结合抗可卡因 mAb 或 Au-mAb。游离可卡因浓度升高时，结合到表面的抗体减少，表面质量与介电层变化。Au-mAb 中 40 nm 金纳米颗粒具有较高局部介电常数，使抗体结合引起波导有效折射率变化显著放大，灵敏度较游离 mAb 提高约1000倍。763 nm 激光经光栅耦合进入波导，倏逝场探测表面变化，共振波长移动被读出；因此信号随可卡因浓度增加而下降。系统还可用 530/860 nm 吸收法在线监测 Au-mAb 浓度。
检测灵敏度
LOD: 0.2 ppb (0.7 nM)，Au-mAb；LOD: 0.26 ppm (0.85 μM)，mAb；EC50: 6.6 nM，Au-mAb 1 min；EC90: 0.7 nM，Au-mAb 1 min；EC50: 9.6 nM，Au-mAb 15 min；EC90: 0.2 nM，Au-mAb 15 min；EC50: 12.2 μM，mAb 15 min；EC90: 0.5 μM，mAb 15 min
效应效果
使用 Au-mAb 后，竞争性免疫检测灵敏度较游离 mAb 提高1000倍；1 min 内可定性检出 0.7 nM 可卡因，15 min 后 EC90 降至 0.2 nM。完整分析周期约7.5 min，系统可自动处理最多6个样品或进行半连续监测。OptoDex 封闭使游离或偶联抗体的非特异吸附可忽略，功能化芯片在4°C干燥条件下保存期超过1年。在线吸收法测定 Au-mAb 浓度的标准误差为2%，图4中测量误差估计为信号的±5%。作者认为该平台可满足机场安检中对低蒸气压可卡因蒸气捕集后液体样品的快速检测需求，并有望扩展至其他毒品或爆炸物的同时检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃基底上 Ta2O5 薄膜波导光栅，作为折射率换能器，通过倏逝场探测表面生物分子吸附引起有效折射率变化
- 功能化/封闭层：OptoDex 葡聚糖基光交联聚合物，UV 下形成卡宾自由基共价固定 APC，并提供表面封闭减少非特异吸附
- 捕获/识别元件：多价可卡因抗原-载体蛋白偶联物（APC，可卡因分子共价连接 IgG 载体蛋白），固定于光栅表面用于竞争性免疫检测
- 识别/信号标记元件：抗可卡因单克隆抗体（mAb）或金纳米颗粒偶联单克隆抗体（Au-mAb，40 nm AuNPs 表面抗体单层，整体约70 nm），与 APC 或游离可卡因竞争结合
- 信号放大元件：金纳米颗粒（AuNPs），通过改变局部介电性质/有效折射率放大波导响应
- 流路/样品引入：PDMS 流道（Sylgard 184，掺 Pluronic F127 改善亲水）与注射阀/注射泵，输送 PBS 载液和样品，控制流速
- 在线监测/校准：Z 形吸收流池（Ocean Optics FIA-Z-SMA）与 530/860 nm LED、Si 光电二极管，测量 Au-mAb 浓度
- 读出系统：763 nm 激光二极管、光栅耦合/解耦、波长调谐与 LabVIEW 软件，检测共振波长/折射率变化
中文摘要
本文展示了一种基于折射率生物传感器的可卡因高灵敏检测集成平台。该系统采用波导光栅生物传感器，其表面功能化可卡因多价抗原-载体蛋白偶联物（APC）。免疫检测采用竞争性结合方案：样品中的可卡因特异性抗体与固定于表面的偶联物结合；当样品中存在游离可卡因时，抗体优先与游离可卡因结合，导致表面结合的抗体减少，传感器响应下降。使用金纳米颗粒偶联的单克隆抗体替代游离抗体后，传感器灵敏度提高1000倍。结合检测条件优化和自动化进样系统，该平台可用于快速识别毒品。结果表明，液体样品中可卡因可在1 min内检出至0.7 nM；若允许更长结合时间，15 min后可进一步降至0.2 nM。作者讨论了该系统在机场安检点检测毒品的应用前景。
英文摘要
An integrated platform for a very sensitive detection of cocaine based on a refractometric biosensor is demonstrated. The system uses a waveguide grating biosensor functionalized with a cocaine multivalent antigen-carrier protein conjugate. The immunoassay scheme consists of the competitive binding of cocaine-specific antibodies to the immobilized conjugates. A 1000-fold enhancement of the sensor's sensitivity is achieved when using gold conjugated monoclonal antibodies instead of free antibodies. Together with the optimization of the assay conditions, the setup is designed for a quick identification of narcotics using automated sampling. The results show that the presence of cocaine in a liquid sample could be identified down to a concentration of 0.7 nM within one minute. This value can be reduced even further when longer binding time is allowed (0.2 nM after 15 min). Application of the system to detection of narcotics at airport security control points is discussed.