组成图示
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传感器类型
其他（原子力显微镜(AFM)生物传感器）
检测对象
大肠杆菌细胞碎片（Escherichia coli cell fragments）、枯草芽孢杆菌细胞碎片（Bacillus subtilis cell fragments，非特异对照）；样品基质为Tris-HCl缓冲液（pH 8.0）中的超声破碎细菌碎片悬液
检测原理
该传感方法基于抗体-抗原特异性识别与AFM表面形貌读出。云母经辉光放电活化后吸附蛋白G，蛋白G通过Fc区结合抗大肠杆菌IgG，使抗体Fab区朝外定向排列。当含大肠杆菌细胞碎片的缓冲液接触表面时，碎片上的抗原表位与抗体特异性结合；枯草芽孢杆菌碎片或空白缓冲液仅发生弱非特异吸附。结合事件改变表面形貌，AFM接触模式扫描获得高度图像，软件识别高于背景阈值的颗粒并计算其总体积V与扫描面积S之比v=V/S。v随特异性结合物数量/体积增加而升高，因此可区分特异性结合与非特异背景。该方法无化学标记或酶放大，信号放大主要来自亲和捕获和AFM单颗粒成像；在10^7和10^8 cells/mL时v分别提高约30倍和80倍，10 cells/mL时约2倍但不可靠。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
所构建表面在水环境和清洗后保持稳定，总厚度略大于6 nm，蛋白G层约1.5 nm，均方根粗糙度约0.6 nm。选择性方面，抗大肠杆菌抗体表面暴露大肠杆菌碎片时结合量显著高于缓冲液和枯草芽孢杆菌碎片对照；在10^8和10^7 cells/mL下，单位面积结合体积v分别比非特异结合高约80倍和30倍。两阶段缓冲液浸洗、摇床旋转和蒸馏水冲洗可降低非特异吸附，v值估计误差低于1%。与QCM、SPR和椭偏仪等积分信号技术相比，AFM可直接可视化单个结合事件，检测限制主要来自非特异噪声而非仪器分辨率。作者认为该方法可用于病原菌及其破坏后细胞碎片的可靠识别，并有望通过降低背景进一步降低检测阈值。
传感器的构成
- 基底：新鲜解理云母（mica），经辉光放电（glow discharge，0.2 mA、1.5 kV、1 min）活化，提供蛋白吸附表面
- 修饰层：蛋白G（protein G，0.6 mg/mL，Tris-HCl缓冲液，pH 8.0）吸附层，特异性结合IgG的Fc区并促进抗体定向排列
- 识别元件：抗大肠杆菌单克隆抗体（anti-E. coli monoclonal antibody，IgG，clone C1H3，0.1 mg/mL，pH 8.0），识别大肠杆菌抗原/细胞碎片
- 被测物：大肠杆菌细胞碎片（Escherichia coli cell fragments）和枯草芽孢杆菌细胞碎片（Bacillus subtilis cell fragments，非特异对照），超声破碎后置于Tris-HCl缓冲液（pH 8.0）
- 读出换能器：Nanoscope III多模式原子力显微镜（AFM，Veeco）配硅CSC11悬臂（spring constant 0.35 N/m，MikroMasch），接触模式空气成像
- 信号处理：FemtoScan软件识别颗粒并计算单位面积体积v=V/S，作为结合量指标
中文摘要
本文报道了一种基于原子力显微镜（AFM）的细菌细胞碎片特异性识别与传感方法。作者以新鲜解理云母为基底，经辉光放电活化后依次吸附蛋白G（protein G）和抗大肠杆菌单克隆抗体（anti-E. coli IgG），构建具有定向抗体识别功能的生物功能表面。随后将超声破碎的大肠杆菌或枯草芽孢杆菌细胞碎片悬液暴露于该表面，并通过AFM接触模式成像观察结合事件。结果表明，大肠杆菌碎片可特异性结合到抗大肠杆菌抗体表面，而缓冲液和枯草芽孢杆菌碎片仅产生极低背景。通过计算AFM图像中结合物单位面积体积（v=V/S），可定量表征结合量；在10^7和10^8 cells/mL浓度下，特异性结合量分别比非特异结合高约30倍和80倍。该方法证明AFM可用于病原菌及其破坏后细胞碎片的可视化识别，为开发高选择性细菌生物传感器提供了基础。
英文摘要
Biointerfaces with a highly sensitive surface designed for specific interaction with biomolecules are essential approaches for providing advanced biochemical and biosensor assays. For the first time, we have introduced a simple AFM-based recognition system capable of visualizing specific bacterial nanofragments and identifying the corresponding bacterial type. For this we developed AFM-adjusted procedures for preparing IgG-based surfaces and subsequently exposing them to antigens. The AFM images reveal the specific binding of Escherichia coli cell fragments to the prepared biofunctional surfaces. Moreover, the binding of bacterial cell fragments to the affinity surfaces can be characterized quantitatively, indicating a 30-fold to 80-fold increase in the quantity of bound antigenic material in the case of a specific antigen-antibody pair. Our results demonstrate significant opportunities for developing reliable sensing procedures for detecting pathogenic bacteria, and the cell can still be identified after it is completely destroyed.