组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
生物可利用锌离子（bioavailable Zn2+），样品基质为 MOPS 缓冲最小培养基（RM medium）及含氨基硅烷包覆 ZnO 量子点的稀释样品。
检测原理
该检测基于全细胞生物传感器 Cupriavidus metallidurans AE1433。该重组菌携带 luxCDABE 生物发光基因，并位于 Zn2+ 响应启动子下游。当样品中存在生物可利用 Zn2+ 时，Zn2+ 进入细胞并激活金属感应启动子，诱导 luxCDABE 表达，产生生物发光。发光强度随生物可利用 Zn2+ 浓度升高而增强，在非毒性条件下呈剂量依赖关系。实验先用 ZnCl2 标准溶液建立发光诱导因子与 Zn2+ 浓度的线性校准曲线，再将含 ZnO 量子点样品的诱导因子换算为生物可利用 Zn2+ 浓度。信号放大主要依赖启动子诱导的基因表达和 lux 发光酶级联反应。
检测灵敏度
原文未报告具体 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
三种氨基硅烷包覆 ZnO 量子点在水溶液中胶体稳定约 3 周，PL 量子产率分别为 APTMS 5.6%、AEAPS 7.8%、AETPE 17%，前 12 天 PL 稳定。对大肠杆菌 MG1655 的生长抑制显示，0.5 和 1 mM 时仅轻微延长倍增时间，5 mM 时完全抑制生长。用 AE1433 全细胞生物传感器测得 0.5 mM QDs 释放的生物可利用 Zn2+ 约为 APTMS 44 µM、AEAPS 27 µM、AETPE 32 µM，低于 ZnCl2 抑制阈值 100 µM，说明 Zn2+ 泄漏不是低剂量毒性主因。重复实验结果相似，但原文未给出 RSD。作者认为其低毒性、低成本和氨基可定制性使其适合荧光探针与生物传感器应用。
传感器的构成
- 换能器/生物识别载体：重组全细胞生物传感器细菌 Cupriavidus metallidurans AE1433，作为 Zn2+ 感应与信号产生单元
- 识别元件：细胞内 Zn2+ 响应启动子（responding Zn2+ ion promoter），识别生物可利用 Zn2+ 并启动下游基因表达
- 信号标记物：luxCDABE 生物发光基因，受启动子诱导表达，产生可测生物发光信号
- 反应介质：MOPS 缓冲最小培养基（RM medium），补充 Fe-citrate、微量元素和 0.2% 或 0.01% 葡萄糖酸盐，用于细菌培养与传感反应
- 样品/校准物：ZnO 量子点稀释样品或 ZnCl2 标准溶液，提供生物可利用 Zn2+ 或校准浓度
- 读出装置：VICTOR3 多标签板读数仪（Perkin-Elmer），记录发光强度与 OD600，并计算诱导因子
中文摘要
通过碱性水解乙酸锌并在油酸存在下合成发光氧化锌纳米晶，随后在四甲基氢氧化铵存在下用（多）氨基三甲氧基硅烷进行表面功能化，使量子点可水分散。以 N1-(2-氨基乙基)-N2-[3-(三甲氧基硅基)丙基]-1,2-乙二胺为表面配体时获得最高光致发光量子产率 17%。透射电镜和粉末 X 射线衍射显示材料结晶度高，氧化锌纳米粒子直径约 4 nm。在 MOPS 最小培养基中评估不同硅氧烷包覆氧化锌量子点对生长中大肠杆菌的细胞毒性：5 mM 量子点导致完全生长抑制，而 0.5 或 1 mM 低剂量下毒性较弱。利用生物传感器细菌 Cupriavidus metallidurans AE1433 测定从氧化锌量子点泄漏的生物可利用 Zn2+ 浓度。结果表明，1 mM 时生物可利用 Zn2+ 浓度过低，不能解释氧化锌量子点对细菌的抑制作用，且硅氧烷壳可阻止氧化锌量子点溶解，不同于未包覆氧化锌纳米粒子。由于低细胞毒性、良好生物相容性、低成本及大量可定制氨基末端，硅氧烷包覆氧化锌量子点作为荧光探针和生物传感器具有较高潜力。
英文摘要
Luminescent ZnO nanocrystals were synthesized by basic hydrolysis of Zn(OAc)(2) in the presence of oleic acid and then functionalized with (poly)aminotrimethoxysilanes in the presence of tetramethylammonium hydroxide to render the QDs water-dispersible. The highest photoluminescence quantum yield (17%) was achieved using N(1)-(2-aminoethyl)-N(2)-[3-(trimethoxysilyl)propyl]-1,2-ethanediamine as surface ligand. Transmission electron microscopy and powder x-ray diffraction showed highly crystalline materials with a ZnO nanoparticle diameter of about 4 nm. The cytotoxicity of the different siloxane-capped ZnO QDs towards growing Escherichia coli bacterial cells was evaluated in MOPS-minimal medium. Although concentrations of 5 mM in QDs caused a complete growth arrest in E. coli, siloxane-capped ZnO QDs appeared weakly toxic at lower doses (0.5 or 1 mM). The concentration of bioavailable Zn (2+) ions leaked from ZnO QDs was evaluated using the biosensor bacteria Cupriavidus metallidurans AE1433. The results obtained clearly demonstrate that concentrations of bioavailable Zn(2+) are too low to explain the inhibitory effects of the ZnO QDs against bacteria cells at 1 mM and that the siloxane shell prevents ZnO QDs from dissolution contrary to uncapped ZnO nanoparticles. Because of their low cytotoxicity, good biocompatibility, low cost and large number of functional amine end groups, which makes them easy to tailor for end-user purposes, siloxane-capped ZnO QDs offer a high potential as fluorescent probes and as biosensors.