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
压电(QCM)生物传感器
检测对象
大肠杆菌 O157:H7（Escherichia coli O157:H7），样品基质为 PBS 稀释菌悬液、纯培养液及 0.1% BSA-PBS
检测原理
传感器以金电极表面 MHDA 自组装单分子层为基础，EDC/NHS 将末端羧基活化为 NHS 酯，抗 E. coli O157:H7 抗体经酰胺键共价固定，BSA 封闭非特异位点。当含目标菌的样品与传感器接触时，菌体表面抗原与固定抗体发生特异性免疫结合，使电极表面质量增加。根据 Sauerbrey 方程，QCM 共振频率变化 ΔF 与表面质量变化 Δm 成反比（ΔF=CF²Δm/A），因此细菌浓度越高，结合菌体越多，共振频率下降越明显。检测在静态 PBS 中进行，采用浸-干-浸程序减少流动和黏弹性干扰，由 QCA 记录频移并换算细菌浓度。该法为无标记直接免疫质量传感，不使用酶或荧光放大。
检测灵敏度
LOD: 10^2 CFU/ml（结论）/2.0×10^2 CFU/ml（摘要）；检测范围: 10^2~10^8 CFU/ml；10^2 CFU/ml 时频移: (7.0±1.5) Hz
效应效果
该传感器使用亲和纯化抗体，对 E. coli K-12 负对照无响应，10^1 CFU/ml 以下无法区分，选择性较好。纯培养液和 0.1% BSA-PBS 基质未造成显著干扰。QCA 系统稳定，同一晶体三次振荡频率一致；传感器 4 °C 保存至少 1 周仍保持活性。逐步组装频移波动为 ±10.6%、±17.5% 和 ±24.7%，10^2 CFU/ml 时频移 (7.0±1.5) Hz。经 pH 11 甘氨酸-NaOH 再生两轮后基线可回到 BSA 封闭水平，但检测响应每次下降约 30%，仅可连续使用 2~3 次。作者认为其 LOD 与现有细菌免疫传感器相当或更优，检测可在 30 min 内完成，适合开发便携式 QCM 细菌检测装置。
传感器的构成
- 基底/换能器：8 MHz AT-cut 石英晶体与 Au 电极，提供压电振荡与质量传感界面
- 自组装单分子层：16-巯基十六酸（MHDA）在 Au 表面形成有序单分子层，提供羧基端基
- 活化连接层：EDC/NHS 将 MHDA 末端羧基转化为 NHS 酯，用于抗体共价固定
- 识别元件：抗 E. coli O157:H7 亲和纯化抗体，特异性捕获目标菌
- 封闭层：0.1% BSA-PBS，封闭非特异性位点，降低背景吸附
- 快速构建层：PEI/PAA 聚电解质逐层自组装（LBL-SA）多层膜，缩短制备时间并提供羧基活化位点
- 信号标记物：无标记直接免疫检测，不依赖酶或荧光标记
中文摘要
本研究基于特异性免疫识别与高灵敏质量检测，开发了一种用于检测大肠杆菌 O157:H7 的石英晶体微天平（QCM）生物传感器。以 16-巯基十六酸（MHDA）作为合适表面活性剂，在 QCM 金表面形成自组装单分子层，随后与 N-羟基丁二酰亚胺（NHS）酯反应生成活性界面，用于特异性固定抗 E. coli O157:H7 抗体。目标菌与固定抗体结合后，传感器表面质量增加，导致共振频率下降，频移与细菌浓度相关。采用电化学方法表征了免疫传感器的逐步组装过程。通过浸-干-浸程序，该 QCM 生物传感器可检测 2.0×10^2 CFU/mL 的大肠杆菌 O157:H7。为缩短制备时间，采用聚电解质逐层自组装（LBL-SA）方法快速构建传感器，并讨论了传感器的重现性。
英文摘要
By means of the specific immuno-recognition and ultra-sensitive mass detection, a quartz crystal microbalance (QCM) biosensor for Escherichia coli O157:H7 detection was developed in this work. As a suitable surfactant, 16-mercaptohexadecanoic acid (MHDA) was introduced onto the Au surface of QCM, and then self-assembled with N-hydroxysuccinimide (NHS) raster as a reactive intermediate to provide an active interface for the specific antibody immobilization. The binding of target bacteria with the immobilized antibodies decreased the sensor's resonant frequency, and the frequency shift was correlated to the bacterial concentration. The stepwise assembly of the immunosensor was characterized by means of the electrochemical techniques. Using the immersion-dry-immersion procedure, this QCM biosensor could detect 2.0x10(2) colony forming units (CFU)/ml E. coli O157:H7. In order to reduce the fabrication time, a polyelectrolyte layer-by-layer self-assembly (LBL-SA) method was adopted for fast construction. Finally, the reproducibility of this biosensor was discussed.