组成图示
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传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
糖类抗原15-3（CA15-3，carbohydrate antigen 15-3），样品基质：人唾液（human saliva）
检测原理
该传感器采用无标记免疫SPR检测。玻璃基底上制备Au/ZnO薄膜作为SPR换能层，8-MOA自组装单层提供羧基，经EDC/NHS活化后偶联Protein G，再定向固定抗CA15-3单克隆抗体，BSA封闭非特异位点。当唾液样品中的CA15-3流过芯片时，与表面抗体特异性结合，使界面附近生物分子质量增加，局部折射率升高，导致SPR共振强度改变。Au/ZnO薄膜可增强表面等离子体响应，Protein G定向固定减少抗体随机取向，提高低浓度分辨能力。信号由SPRimager实时读取，强度随CA15-3浓度增加而增大，在2.5–20 U/mL呈线性。
检测灵敏度
LOD: 0.025 U/mL（Au/ZnO，既往胸膜腔积液）；线性范围: 2.5–20 U/mL（Au/ZnO，人唾液）；线性范围: 40–300 U/mL（Biacore，人唾液）；R^2 = 0.993（Au/ZnO 2.5–20 U/mL）；R^2 = 0.987（Au/ZnO 四参数拟合）；R^2 = 0.999（Biacore 四参数拟合）；R^2 = 0.868（Biacore 10–75 U/mL 插图）
效应效果
研究以30名健康女性唾液为基质，免疫放射法测得CA15-3为3.36±0.36 U/mL，流速0.37±0.05 mL/min。离心回收率82.5±0.85%，0.22 μm过滤回收率74.3±0.96%。Biacore基线20个循环稳定，线性范围40–300 U/mL，R^2=0.999；Au/ZnO在2.5–20 U/mL线性，R^2=0.993，全曲线R^2=0.987，>20 U/mL饱和。Au/ZnO的KD为17 U/mL，低于Biacore的381 U/mL，既往响应比Au/Cr高约4倍。作者认为其可覆盖健康、良性及恶性乳腺癌唾液CA15-3水平，无需浓缩即可用于监测。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃载玻片SF-10上电子束蒸发Au薄膜并射频溅射ZnO薄膜，构成Au/ZnO薄膜SPR换能表面
- 自组装修饰层：8-巯基辛酸（8-MOA）在金表面形成自组装单层，提供羧基
- 化学活化层：EDC与NHS活化8-MOA羧基，形成可偶联氨基的活性酯
- 亲和固定层：Protein G固定于活化表面，用于定向结合抗体
- 识别元件：抗人CA15-3单克隆抗体（anti-CA15-3 antibody）特异性捕获CA15-3
- 封闭层：1% BSA封闭非特异性结合位点
- 信号标记物：无标记（label-free），CA15-3结合引起界面折射率变化
中文摘要
本研究评估一种新型表面等离子共振（SPR）系统对人唾液中肿瘤标志物糖类抗原15-3（CA15-3）的直接检测能力。作者采用两种SPR系统，即Au/ZnO薄膜SPR系统与Biacore SPR系统，比较其对不同浓度唾液CA15-3样品的响应。实验以健康女性唾液为基质，通过免疫放射法确认样品浓度，并比较离心与过滤两种前处理方法。结果显示，Au/ZnO薄膜SPR系统对人唾液中CA15-3的线性检测范围为2.5–20 U/mL，覆盖癌症患者约4 U/mL的临界值；Biacore SPR系统的线性范围为40–300 U/mL。结果表明，Au/ZnO薄膜SPR系统具有更高灵敏度，可在不浓缩样品的条件下直接测定人唾液CA15-3水平，有望用于乳腺癌相关唾液诊断。
英文摘要
OBJECTIVE: To evaluate a novel surface plasmon resonance (SPR) system for the direct measurement of tumor marker carbohydrate antigen 15-3 (CA15-3) in human saliva.
DESIGN AND METHODS: We measured the presence of the tumor marker carbohydrate antigen 15-3 (CA15-3) in human saliva using 2 different surface plasmon resonance (SPR) systems. To compare the sensitivity of an SPR biosensor based on thin-film Au/ZnO and the Biacore SPR system, we prepared CA15-3 samples in saliva and analyzed intensity responses to the samples at various concentrations of CA15-3.
RESULTS: The linear detection range of CA15-3 in human saliva with the SPR system based on thin-film Au/ZnO was 2.5-20 U/mL (the cut-off point in cancer patients is around 4 U/mL). The linear range with the Biacore SPR system was 40-300 U/mL.
CONCLUSIONS: These results show that thin-film Au/ZnO-based SPR systems have higher sensitivity and can be used for measuring the levels of CA15-3 in human saliva without concentrating the samples.