组成图示
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传感器类型
其他（光学微环谐振器生物传感器）
检测对象
前列腺特异性抗原（PSA, prostate specific antigen）；样品基质：PBST缓冲液（Dulbecco PBS + 0.05% Tween-20）中的纯化PSA溶液。
检测原理
微环谐振器为折射率敏感换能器，光在微环中形成谐振，倏逝场延伸至流道内。抗PSA抗体经DNA-抗体偶联物固定在活性微环表面。非线性梯度发生器使PSA浓度按CG(t)=M(1-exp(-rt/V))随时间增加，PSA与抗体结合后，界面生物层厚度与局部折射率增加，引起谐振波长红移。结合相曲线同时包含结合速率、解离速率和浓度变化信息；切换缓冲液后监测解离。数据用一对一模型或两室模型拟合，两室模型引入静止层质量传输速率km，也可用时间对齐校正空间偏移，从而从单次实验提取ka、kd和KD。方法无标记、无需表面再生，适合微环阵列高通量动力学分析。
检测灵敏度
—
效应效果
梯度发生器在流速5–20 μL/min、混合体积250–1000 μL下，实测折射率位移与理论曲线吻合。模拟中一对一模型在ka 5×10^3–1×10^8 M^-1 s^-1、kd<0.1 s^-1时误差约1–3%，置信区间约5–10%；两室模型误差可至1%，MTC>5时动力学速率不可靠但KD仍准确。PSA-抗体三种梯度所得ka、kd、KD在95%置信区间内一致；kd接近同平台逐步滴定文献值，ka约为其40%。曲线A受质量传输影响，B/C可忽略。作者认为该方法减少再生、节省样品并提高通量。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅光子微环谐振器阵列（silicon photonic microring resonator array），32个微环位于U形微流控流道中，通过倏逝场折射率变化检测表面结合。
- 微流控流道：U形流道（U-shaped flow cell，高175 μm、宽500 μm），输送非线性浓度梯度溶液并覆盖微环表面。
- 热控环修饰：聚合物包覆层（polymer cladding layer），8个热控环保持包覆，用于温度/热控制。
- 对照环：未修饰裸硅微环（non-DNA functionalized rings），12个作为体折射率背景对照。
- 识别元件固定层：单链DNA（ssDNA，5AmMC6氨基DNA探针），通过表面DNA功能化固定在12个活性微环上。
- 识别元件：抗PSA单克隆抗体（anti-PSA mAb，clone 5G6），以DNA-抗体偶联物经Watson-Crick碱基配对结合到ssDNA上。
- 信号标记物：无标记（label-free），不依赖荧光、酶或电化学标记，信号来自结合引起的折射率变化。
- 信号读出：谐振波长位移（Δpm），由光学扫描仪器实时读出。
中文摘要
传统生物传感器表面大分子结合动力学测定通常采用逐步滴定，在多个分析物浓度下分别监测结合与解离，需要多次再生表面，耗时且引入批次差异。此前研究表明，在分析物浓度随时间线性增加的梯度中可单步测定动力学速率。本文报道将非线性分析物浓度梯度用于单次实验中测定结合动力学速率和平衡结合亲和力，并提出一种易于集成到微流控系统的通用非线性梯度发生器。该装置由分析物储液室、混合室和蠕动泵组成，通过调节储液浓度、混合室体积和流速控制梯度斜率与曲率。数值模拟表明，在较宽的结合与解离速率、梯度斜率、曲率以及质量传输模型范围内，可准确提取动力学参数。作者将该非线性梯度发生器与硅光子微环谐振器阵列平台联用，实时监测前列腺特异性抗原（PSA）与固定在微环表面抗PSA抗体的结合，实现了微环谐振器上的单步动力学分析，为高通量生物分子相互作用研究提供了新策略。
英文摘要
Conventional methods to probe the binding kinetics of macromolecules at biosensor surfaces employ a stepwise titration of analyte concentrations and measure the association and dissociation to the immobilized ligand at each concentration level. It has previously been shown that kinetic rates can be measured in a single step by monitoring binding as the analyte concentration increases over time in a linear gradient. We report here the application of nonlinear analyte concentration gradients for determining kinetic rates and equilibrium binding affinities in a single experiment. A versatile nonlinear gradient maker is presented, which is easily applied to microfluidic systems. Simulations validate that accurate kinetic rates can be extracted for a wide range of association and dissociation rates, gradient slopes, and curvatures, and with models for mass transport. The nonlinear analyte gradient method is demonstrated with a silicon photonic microring resonator platform to measure prostate specific antigen-antibody binding kinetics.