组成图示
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传感器类型
其他（光纤长周期光栅生物传感器）
检测对象
大肠杆菌 E. coli（E. coli B），样品基质为 PBS 缓冲液（细菌培养物稀释液）
检测原理
LPFG在光纤芯区形成周期性折射率调制，将芯模耦合至包层模，共振波长λR取决于芯模与包层模有效折射率差及包层半径。包层模倏逝场延伸至光纤外部，与表面介质相互作用。T4噬菌体经APTES和戊二醛共价固定于光纤表面，作为识别元件特异性结合E. coli。细菌结合后，表面生物膜厚度增加、包层半径及局部有效折射率改变，使λR发生移动；PBS洗涤前后比较可扣除溶液折射率变化，剩余2–4 nm移动反映真实细菌结合。宽带光源注入光纤，OSA连续记录透射谱，λR移动随E. coli浓度增加先增大后在10^6–10^7 cfu/ml后饱和。该机制无标记、无金属沉积，灵敏度为2321.6 nm/RIU。
检测灵敏度
LOD: 10^3 cfu/ml；检测范围: 10^3–10^9 cfu/ml（10^6–10^7 cfu/ml后饱和）；灵敏度: 2321.6 nm/RIU
效应效果
SEM图像证实不同浓度E. coli均牢固结合于LPFG表面，且PBS洗涤后不脱落，说明共价固定噬菌体带来良好稳定性。实验响应时间约20 min，可连续监测细菌结合。10^3 cfu/ml对应约2.1 nm波长移动，实验准确度约99.05%；10^2 cfu/ml和10 cfu/ml对应准确度分别为98.95%和98.82%。PBS中0–10^9 cfu/ml的E. coli仅引起约6×10^-4 RIU溶液折射率变化，按2321.6 nm/RIU仅约1.3 nm，小于实测约4 nm，证明信号主要来自细菌结合而非溶液折射率。器件无需SPR的棱镜和金属膜，结构紧凑、成本低，适合食品、水样中E. coli的快速筛查与培养物生长/衰减实时监测。
传感器的构成
- 基底/换能器：单模光纤SMF-28，芯区刻写长周期光纤光栅LPFG（周期226.8 μm），包层经4% HF刻蚀，提供倏逝场与共振波长光谱读出
- 表面活化层：3-氨基丙基三(三甲氧基)硅烷APTES，硅烷化形成氨基硅烷膜，将SiO2表面功能化为氨基
- 交联活化层：戊二醛glutaraldehyde，作为双功能交联剂活化氨基，用于共价连接噬菌体
- 识别元件：T4噬菌体bacteriophage T4，特异性识别并结合E. coli B表面受体
- 封闭层：牛血清白蛋白BSA（1 mg/ml），封闭非特异结合位点
- 样品介质：PBS缓冲液，维持pH 7.5并用于孵育与洗涤
- 信号读出：宽带光源BBS与光谱分析仪OSA，监测LPFG共振波长移动
中文摘要
本文报道了一种稳定、无标记、基于噬菌体识别的大肠杆菌（E. coli）光纤生物传感器。作者利用超灵敏长周期光纤光栅（LPFG）作为换能器，将T4噬菌体通过APTES硅烷化和戊二醛交联共价固定于光纤表面，并以牛血清白蛋白（BSA）封闭非特异位点。检测时，样品中的E. coli与固定噬菌体特异性结合，引起光纤包层有效折射率和包层半径变化，使LPFG共振波长发生移动；通过宽带光源和光谱分析仪进行高精度光谱干涉，可实时监测结合过程。与表面等离子共振（SPR）传感器相比，该器件无需移动部件和金属沉积，结构紧凑、成本低且准确度高。实验表明，该传感器可可靠检测低至10^3 cfu/ml的E. coli，实验准确度大于99%，并可用扫描电镜确认细菌真实结合。
英文摘要
In this paper we report a stable, label-free, bacteriophage-based detection of Escherichia coli (E. coli) using ultra sensitive long-period fiber gratings (LPFGs). Bacteriophage T4 was covalently immobilized on optical fiber surface and the E. coli binding was investigated using the highly accurate spectral interrogation mechanism. In contrast to the widely used surface plasmon resonance (SPR) based sensors, no moving part or metal deposition is required in our sensor, making the present sensor extremely accurate, very compact and cost effective. We demonstrated that our detection mechanism is capable of reliable detection of E. coli concentrations as low as 10(3)cfu/ml with an experimental accuracy greater than 99%.