组成图示
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传感器类型
压电(QCM)生物传感器
检测对象
结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, M.TB）；样品基质：稀释索通液体培养基（CM1）、模拟样品及正常人痰液
检测原理
该传感器以AT切镀银石英晶体为压电换能器，铂网电极接触培养基。结核分枝杆菌接种于稀释10倍索通液体培养基后，在37℃下生长并吸收谷氨酸、磷酸氢盐、镁离子等强电解质，同时合成蛋白、酶和脂肪酸等大分子，使培养基电导率下降、介电常数改变；后期分泌脂肪酸、过氧化物等代谢产物，pH由7.2降至4.8，响应进入平台。晶体振荡频率受溶液电导率和介电常数影响，电导率下降导致频率正移。菌量越高，代谢启动越快，频率开始明显上升的时间（FDT）越短。FDT与M.TB初始浓度对数在2×10^3–3×10^7 cells/mL范围内线性，从而定量。方法无外加标记放大，依靠活菌生长代谢产生持续介质性质变化。
检测灵敏度
LOD: 2×10^3 cells mL^-1；线性范围: 2×10^3–3×10^7 cells mL^-1；斜率: -0.00763；r = 0.97253
效应效果
该传感器对M.TB具有特征性响应：M.TB引起缓慢正频移，而大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、奇异变形杆菌等引起快速负频移，可通过曲线形态区分。在混合菌实验中，2% NaOH预处理可杀灭大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，消除其初始负频移干扰；预处理虽使M.TB的FDT延长，但不影响最终判断。选择细胞常数0.5073 cm时传感器灵敏且稳定，噪声约3 Hz，优于0.1465 cm（约300 Hz）和0.3183 cm（约150 Hz）。与PI、PPC和显微镜法相比，FDT法在模拟样品中更敏感，能检出约3.2×10^3 cells/mL水平。作者认为方法简单、快速、灵敏、成本低，可用于临床诊断。
传感器的构成
- 换能器基底：AT-cut coated silver 9 MHz quartz crystal（AT切镀银石英晶体，9 MHz，提供压电振荡与频率响应）
- 电极层：Pt net electrode（铂网电极，构成电导/介电检测电极并连接晶体）
- 检测介质：Saution liquid culture medium CM1 diluted 10×（稀释10倍索通液体培养基，提供M.TB生长环境并作为电导/介电响应介质）
- 识别元件：Mycobacterium tuberculosis M.TB H37Ra（结核分枝杆菌活菌，通过生长代谢改变培养基电导率和介电常数）
- 预处理试剂：2% NaOH + phosphate buffer pH 6.8（氢氧化钠预处理与磷酸缓冲液，杀灭其他细菌并清洗沉淀）
- 信号读出：TTL crystal oscillator + frequency counter SS7201 + LGC resistance bridge（TTL晶体振荡器、频率计和电阻电桥，读取振荡频率、电阻和电容）
中文摘要
本文报道了一种基于体声波阻抗生物传感器快速定量检测结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, M.TB）的方法。该传感器由AT切镀银石英晶体和铂网电极构成，通过监测培养基电导率和介电常数变化引起的振荡频率变化来反映M.TB生长。M.TB在索通液体培养基中生长时，吸收谷氨酸、磷酸氢盐、镁离子等电解质并合成大分子，使电导率下降、频率上升；其典型频率曲线呈缓慢正频移，不同于大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和奇异变形杆菌等快速负频移。定义频率开始明显变化的时间为频率检测时间（FDT），FDT与M.TB初始浓度对数在2×10^3–3×10^7 cells/mL范围内线性，检出限为2×10^3 cells/mL。通过2% NaOH预处理可杀灭其他细菌，降低干扰。结果表明该传感器快速、简单、灵敏、成本低，可用于M.TB直接诊断和临床检测。
英文摘要
The bulk acoustic wave impedance biosensor was set up and used to monitor the growth of Mycobacterium tuberculosis (M.TB). This sensor is rapid, simple, sensitive (lower limit is 2 x 10(3) cells ml(-1)) and cheap (easy to generalize). The typical response curve was different from other bacteria's, such as Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Proteus mirabilis. The frequency detection time was used to quantitatively determine M.TB. It was proportional to logarithm of the initial concentration of M.TB in the range of 2 x 10(3)-3 x 10(7) cells ml(-1). The set up sensor was applied to the direct diagnosis of M.TB samples. The interference of other bacteria was eliminated by pretreatment. Our results confirmed that the use of the set up biosensor was reliable, sensitive. It gives out the potential use for determining M.TB.