组成图示
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传感器类型
化学发光生物传感器
检测对象
脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol, DON）；样品基质：标准溶液，目标应用为谷物、食品和饲料
检测原理
该传感器以紫膜体中的 F0F1-ATPase 为分子马达换能器。生物素化 DON 单克隆抗体经 e 亚基单抗—生物素—中性亲和素—生物素连接子挂载到 F0F1-ATPase 的 e 亚基上。当样品中 DON 与 DON 单抗结合时，转子 e 亚基上的外部负载增加，改变 F0F1-ATPase 转子/定子构象及机械耦合状态，从而激活 ATP 合成活性。ATP 合成量随 DON 浓度升高而增加，随后 ATP 与荧光素—荧光素酶体系发生化学发光反应，发光强度或变化率由微孔板发光仪读取。该方法将抗原抗体识别事件转化为分子马达活性变化，并通过 ATP 合成与化学发光实现信号放大，无需封闭、标记和洗涤。
检测灵敏度
LOD: 10^-7 mg/ml；检测范围: 10^-7–10^-1 mg/ml
效应效果
该传感器对 DON 具有良好选择性。干扰试验中，黄曲霉毒素 B1（aflatoxin B1, AFB1）在 0–10^-1 mg/ml 范围内未引起显著荧光变化，相对荧光强度约为 0.00162–0.00171，与空白对照无显著差异；DON 本身也不直接影响 F0F1-ATPase 活性。ANOVA 显示 10^-7–10^-1 mg/ml DON 与空白对照差异显著。检测过程无需封闭、标记和洗涤，全程约 20 min，讨论中亦提到可在 25 min 内完成。方法检测范围为 10^-7–10^-1 mg/ml，作者称其灵敏度比现有 DON 检测方法高约两个数量级。基于快速、简便、灵敏的特点，该方法有望用于谷物、食品和饲料中 DON 残留的快速筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器：Rhodospirillum rubrum 紫膜体（chromatophores）内 F0F1-ATPase，作为分子马达换能器，将外部负载转化为 ATP 合成活性变化
- 识别/连接元件：e 亚基单克隆抗体（e-subunit monoclonal antibody, e-MAb），结合 F0F1-ATPase 的 e 亚基，用于挂载外部负载
- 修饰/连接层：生物素（biotin）修饰的 e-MAb，提供与亲和素结合位点
- 连接桥：中性亲和素（neutroavidin），连接生物素化 e-MAb 与生物素化 DON 单抗
- 识别元件：生物素化 DON 单克隆抗体（biotinylated DON monoclonal antibody, DON-MAb），特异性捕获 DON
- 信号标记/放大：ATP 合成底物（ADP、Pi、Mg2+）与荧光素—荧光素酶试剂（luciferin-luciferase, ENLITEN），将 ATP 合成活性转化为化学发光
- 读出装置：微孔板发光仪（microplate luminometer, Centro XS3 LB 960），检测化学发光信号
中文摘要
本研究开发了一种由 F0F1-ATPase 转子调控的新型免疫旋转生物传感器，用于快速检测脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）。该传感器以紫膜体中的 F0F1-ATPase 为分子马达换能器，通过 e 亚基单克隆抗体—生物素—中性亲和素—生物素连接子，将 DON 单克隆抗体连接至 F0F1-ATPase 的 e 亚基上，从而捕获 DON 残留。DON 与抗体结合后改变转子外部负载，进而调节 F0F1-ATPase 的 ATP 合成活性；该活性变化采用荧光素—荧光素酶体系进行化学发光检测，并由计算机化微孔板发光仪读取。研究优化了各连接步骤条件，结果表明该传感器可在约 20 min 内检测 10^-7 mg/ml 的 DON，检测范围覆盖 10^-7–10^-1 mg/ml。该方法快速、简便、灵敏，具有用于小分子化合物快速检测的应用前景。
英文摘要
A novel biosensor (immuno-rotary biosensor) was developed by conjugating deoxynivalenol (DON) monoclonal antibodies with the "rotator" ε-subunit of F(0)F(1)-ATPase within chromatophores with an ε-subunit monoclonal antibody-biotin-avidin-biotin linker to capture DON residues. The conjugation conditions were then optimized. The capture of DON was based on the antibody-antigen reaction and it is indicated by the change in ATP synthetic activity of F(0)F(1)-ATPase, which is measured via chemiluminescence using the luciferin-luciferase system with a computerized microplate luminometer analyzer. 10(-7)mg/ml of DON can be detected. The whole detection process requires only about 20min. This method has promising applications in the detection of small molecular compounds because of its rapidity, simplicity, and sensitivity.