组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
其他（表面声波(SAW)生物传感器）
检测对象
Bcl-2蛋白（B-cell lymphoma 2）；样品基质：尿液（实验使用DPBS缓冲液模拟）
检测原理
传感器以ST切石英为压电基底，IDT激发剪切水平表面声波（SH-SAW）并在延迟路径传播。延迟路径经ODMS、Protein A/G、抗Bcl-2抗体和Pluronic F127功能化，抗体Fab区特异性结合尿液中的Bcl-2蛋白。Bcl-2结合后增加延迟路径表面质量负载，使SH-SAW传播速度降低，进而导致谐振/振荡频率下降。传感器作为定制振荡电路的反馈元件，RF放大器、带通滤波器和频率计构成闭环，实时读取频率偏移。由于Pluronic F127减少非特异吸附，频率偏移主要反映Bcl-2结合量，且与浓度呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 500 pg/mL；线性范围: 0.5–12 ng/mL；灵敏度斜率: -73.918 Hz/(ng/mL)（拟合 y = -73.918x - 407.46）；R^2 = 0.959
效应效果
在DPBS中，传感器对0.5–12 ng/mL Bcl-2产生线性频率偏移，R^2=0.959，空白DPBS几乎无偏移，表明ODMS/Protein A/G/抗体/Pluronic F127功能化具有较好抗非特异吸附能力。每个传感器经1.5 M NaCl清洗后可重复使用最多10次，且优化制备使阵列间和阵列内变化极小，对结果无可测影响。论文未报告实际尿液加标回收率、RSD或与ELISA的直接定量对比，但提出未来将用ELISA标定的新鲜尿液样本验证。作者认为该平台可集成RF放大器、频率计和滤波器，发展为低成本、安全、简单的床旁检测装置，用于卵巢癌早期筛查、分期和复发监测。
传感器的构成
- 基底/换能器：ST-cut Quartz 晶圆（500 µm），提供 SH-SAW 传播与压电换能。
- 换能电极：Cr 叉指换能器（IDT），微加工于石英表面，产生/接收 SH-SAW，谐振频率 16.8 MHz。
- 表面预处理：氧等离子体处理，去除有机残留并形成羟基，为硅烷化提供结合位点。
- 自组装单分子层：ODMS（octyldimethyl silane，0.1 M in acetone），形成疏水有机-无机连接层，用于固定 Protein A/G。
- 抗体定向层：Protein A/G（1 µg/mL in DPBS），吸附于 ODMS 层，结合抗体 Fc 域实现定向固定。
- 识别元件：抗 Bcl-2 IgG 抗体（兔抗人 Bcl-2，5 µg/mL in DPBS），Fab 区特异性捕获 Bcl-2。
- 封闭/抗污层：Pluronic F127（10 µg/mL in DI water），PEG 三嵌段共聚物，减少非特异蛋白吸附。
- 电子互连：silver-reinforced conductive epoxy（Duralco 120），连接 IDT 电极并耐受功能化溶剂。
中文摘要
本研究报道了一种用于尿液抗凋亡蛋白Bcl-2检测的超声MEMS生物传感器的设计、制备、表面功能化与实验表征。该传感器基于ST切石英上的剪切水平表面声波（SH-SAW），通过微加工叉指换能器（IDT）产生和接收声波，并利用延迟路径上蛋白结合引起的质量负载变化进行定量。延迟路径经氧等离子体处理、ODMS自组装单分子层、Protein A/G、抗Bcl-2抗体和Pluronic F127功能化，以提高Bcl-2捕获效率并降低非特异吸附。Bcl-2浓度通过定制谐振电路检测的谐振频率偏移进行定量。实验实现了500 pg/mL的检测能力，满足卵巢癌诊断与分期所需的目标灵敏度，且频率偏移随Bcl-2浓度增加呈线性关系。
英文摘要
In this study, the design, fabrication, surface functionalization and experimental characterization of an ultrasonic MEMS biosensor for urinary anti-apoptotic protein B-cell lymphoma 2 (Bcl-2) detection with sub ng/mL sensitivity is presented. It was previously shown that urinary Bcl-2 levels are reliably elevated during early and late stages of ovarian cancer. Our biosensor uses shear horizontal (SH) surface acoustic waves (SAWs) on surface functionalized ST-cut Quartz to quantify the mass loading change by protein adhesion to the delay path. SH-SAWs were generated and received by a pair of micro-fabricated interdigital transducers (IDTs) separated by a judiciously designed delay path. The delay path was surface-functionalized with monoclonal antibodies, ODMS, Protein A/G and Pluronic F127 for optimal Bcl-2 capture with minimal non-specific adsorption. Bcl-2 concentrations were quantified by the resulting resonance frequency shift detected by a custom designed resonator circuit. The target sensitivity for diagnosis and identifying the stage of ovarian cancer was successfully achieved with demonstrated Bcl-2 detection capability of 500 pg/mL. It was also shown that resonance frequency shift increases linearly with increasing Bcl-2 concentration.