组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
其他（微电极阵列生物传感器）
检测对象
凝集素（lectins，ConA、RCA120）、大肠杆菌（Escherichia coli FimH+）、肠沙门氏菌（Salmonella enterica FimH+）、甲基-α-D-吡喃甘露糖（α-MM）；样品基质：PBS 缓冲液/细菌悬液
检测原理
该传感器以 CMOS 铂微电极为换能器，先在指定电极上电聚合聚吡咯（PPy），再物理吸附 BSA 糖缀合物，使甘露糖、乳糖等碳水化合物以多价形式展示于电极表面。目标凝集素或 FimH+ 细菌通过碳水化合物-蛋白或碳水化合物-黏附素相互作用特异性结合到表面。荧光检测中，目标物携带 DyLight 649 或 SYTO 62 标记，结合量增加使局部荧光强度升高，由 GenePix 4000B 扫描读出。电化学检测中，RCA120-HRP 结合后，HRP 催化 TMB/H2O2 产生氧化还原电流，ElectraSense 读取各微电极电流并生成伪图像。α-MM 与表面甘露糖竞争 FimH 结合，细菌结合信号随 α-MM 浓度升高而下降，可计算 IC50。平台主要依靠多价展示和酶促电化学放大，而非 HCR/RCA 等核酸扩增。
检测灵敏度
IC50: 40 μM
效应效果
平台表现出良好选择性与低背景：生物素-链霉亲和素、甘露糖-ConA、乳糖/半乳糖-RCA120 均只结合互补 BSA 缀合物；E. coli FimH+ 特异结合 BSA-甘露糖，FimH− 菌株不结合，SEM 进一步确认。S. enterica FimH+ 结合被 α-MM 剂量依赖抑制，IC50 为 40 μM，结果来自至少 4 个不同阵列的平均，显示可重复性。功能化阵列在室温干燥保存 4 个月后仍保持结合活性，非特异结合仍低。该平台含 12,544 个独立寻址微电极，四腔室流控帽可同芯片筛选最多 4 种分析物，并支持荧光与 ECD 多模态检测；ECD 可在 15 s 内读取整个阵列，作者认为其适合高通量细菌结合特异性鉴定和抗黏附抑制剂筛选，具有 POC 应用潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：CMOS 铂微电极阵列（Pt microelectrodes，12,544 个，44 μm），硅氮氧化物绝缘层与陶瓷载体，用于电沉积和电流读出
- 修饰层：电聚合吡咯（PPy）层，由 0.1 M 吡咯/0.1 M Na2SO4 在指定电极上沉积，作为生物分子吸附载体
- 识别元件：BSA 糖缀合物（neoglycoconjugates，硫醇化糖 HS-OEG3-sugar 经 sulfo-SMCC 连接 BSA 氨基），物理吸附于 PPy，展示甘露糖/乳糖等碳水化合物
- 封闭剂：酪蛋白饱和溶液或 2% BSA/PBS，封闭非特异结合位点
- 蛋白信号标记物：DyLight 649 标记链霉亲和素/凝集素（streptavidin/ConA/RCA120）或 HRP 标记 RCA120，用于荧光或酶促电化学检测
- 电化学底物：TMB 与 H2O2（pH 4 conductivity buffer substrate），与 HRP 反应产生可测电流
- 全细胞信号标记：SYTO 62 荧光核酸染料标记 S. enterica；DyLight 649 标记抗 fimA 抗体检测 E. coli
- 竞争抑制剂：甲基-α-D-吡喃甘露糖（α-MM），作为可溶性碳水化合物抗黏附剂竞争 FimH 结合
中文摘要
碳水化合物介导的宿主-病原体相互作用对细菌和病毒致病过程至关重要，也是开发抗黏附剂以预防感染的重要靶点。本文报道了一种基于微电极阵列的通用平台，用于研究碳水化合物介导的蛋白质和细菌结合，并建立可推广的宿主-微生物相互作用抑制剂筛选方法。微电极阵列适合检测蛋白质和全细胞等生物结合事件，并可进行电化学衍生化，便于快速沉积生物分子。作者通过控制吡咯在单个微电极上的电聚合，实现微电极的碳水化合物功能化，随后将新型糖缀合物物理吸附到聚吡咯包覆电极上。利用碳水化合物结合蛋白（凝集素）的荧光和电化学检测验证了固定化碳水化合物的生物活性。该平台还利用大肠杆菌和肠沙门氏菌证明了全细胞结合分析能力，并展示了可溶性碳水化合物抗黏附剂对肠沙门氏菌结合的剂量依赖性抑制。
英文摘要
Carbohydrate-mediated host-pathogen interactions are essential to bacterial and viral pathogenesis, and represent an attractive target for the development of antiadhesives to prevent infection. We present a versatile microelectrode array-based platform to investigate carbohydrate-mediated protein and bacterial binding, with the objective of developing a generalizable method for screening inhibitors of host-microbe interactions. Microelectrode arrays are well suited for interrogating biological binding events, including proteins and whole-cells, and are amenable to electrochemical derivitization, facilitating rapid deposition of biomolecules. In this study, we achieve microelectrode functionalization with carbohydrates via controlled polymerization of pyrrole to individual microelectrodes, followed by physisorption of neoglycoconjugates to the polypyrrole-coated electrodes. Bioactivity of the immobilized carbohydrates was confirmed with carbohydrate-binding proteins (lectins) detected by both fluorescent and electrochemical means. The platform's ability to analyze whole-cell binding was demonstrated using strains of Escherichia coli and Salmonella enterica, and the dose-dependent inhibition of S. enterica by a soluble carbohydrate antiadhesive.