组成图示
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传感器类型
其他（GMR磁阻生物传感器）
检测对象
大肠杆菌LamB基因PCR扩增片段（E. coli LamB gene PCR amplicon）、沙门氏菌抗生素抗性基因PCR扩增片段（Salmonella antibiotic resistance gene PCR amplicons，含四环素、氯霉素、链霉素、氨苄西林抗性基因）；样品基质为细菌基因组DNA经PCR扩增后的扩增产物/硼酸盐缓冲液。
检测原理
PCR产物在扩增时引入双标记：一端为荧光素/FITC或其他标签，另一端为生物素。传感器表面固定抗标签抗体。样品中PCR片段先与链霉亲和素超顺磁颗粒结合，形成靶标-颗粒复合物；加入卡盒后，抗标签抗体捕获荧光素端，使磁颗粒端靠近传感器表面。上下电磁铁产生磁场梯度，将复合物吸引并浓缩到表面，同时洗脱未结合颗粒。表面磁颗粒被集成激励导线磁化，其杂散磁场改变GMR导线电阻；GMR电阻变化与表面磁颗粒数量近似线性，颗粒数量随PCR片段浓度增加而增加，因此信号随浓度升高。高浓度时出现钩状效应。磁致动减少扩散限制，加速结合。
检测灵敏度
LOD: 两步法 5% GMR信号变化，对应4 pM PCR产物；一步法 4% GMR信号变化，低于4 pM（4 pM时信号变化为9%）；线性范围: 4–250 pM PCR产物。
效应效果
该GMR平台在一步法中总检测时间少于3 min，两步法约35 min；磁致动使1000 pM样品约1.5 min达到信号，而仅扩散/沉降需超过30 min。剂量响应覆盖4–250 pM，约两个数量级。一步法与两步法背景分别为2%和3% GMR信号变化，两步法空白标准差1%，LOD相近。单分析物实验中各PCR产物仅与对应抗体传感器结合，背景接近空白；FITC标记片段在抗DIG传感器上背景略高，提示轻微非特异结合。多路检测中四种沙门氏菌抗性基因扩增片段在四个传感器上均呈阳性。SEM证实颗粒特异性结合。作者认为该平台适合集成到即时核酸检测设备。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅基GMR芯片（silicon GMR chip），含GMR导线与集成激励导线，将表面磁颗粒数量转换为电阻变化
- 表面金属层：金/钼层（Au/Mo layer），蚀刻Mo后Au层作为抗体吸附基底
- 识别元件：抗荧光素多克隆抗体（anti-FITC polyclonal antibody）或抗TR/DNP/DIG抗体，捕获对应标记PCR片段
- 封闭层：1% BSA硼酸盐缓冲液（100 mM borate, pH 8.8），封闭非特异结合位点
- 信号标记物：链霉亲和素包被超顺磁性颗粒（streptavidin-coated superparamagnetic particles, 300 nm），结合生物素标记片段并被GMR检测
- 磁致动模块：上下电磁铁（electromagnets），产生磁场梯度吸引/排斥磁颗粒，加速结合与清洗
- 流体封装：一次性卡盒与MID/柔性电路（disposable cartridge, MID, flex foil），引导样品并连接读出电子
中文摘要
本文报道了一种基于巨磁阻（GMR）传感器和超顺磁性颗粒标签的快速、灵敏扩增DNA检测方法。该方法采用一体化、微型化检测平台，适用于即时检测（POC）设备。研究以大肠杆菌LamB基因的双标记PCR扩增产物为模型，考察检测结合动力学。PCR产物分别用荧光素和生物素标记，先与链霉亲和素包被的超顺磁性颗粒结合形成靶标-颗粒复合物，再被传感器表面抗荧光素抗体捕获。通过上下电磁铁产生的磁场梯度进行磁致动，将复合物浓缩到传感器表面，并洗脱未结合颗粒。一步法总检测时间少于3 min，可获得4–250 pM扩增片段的生物剂量响应曲线。进一步利用针对不同基因标签的特异性抗体组合，在单个GMR芯片上实现沙门氏菌多种抗生素抗性基因的多分析物检测。结果表明，磁颗粒标签与GMR换能结合可实现快速、低背景、可多路集成的核酸检测。
英文摘要
We present the rapid and sensitive detection of amplified DNA on a giant magneto-resistance sensor using superparamagnetic particles as a detection label. The one-step assay is performed on an integrated and miniaturized detection platform suitable for application into point-of-care devices. A double-tagged PCR amplification product of the LamB gene of the Escherichia coli bacterium was used to investigate binding kinetics of the assay. We applied magnetic actuation to concentrate the target-particle complexes at the sensor surface and to remove unbound particles from the sensor surface. We achieved biological dose-response curves detecting 4-250pM amplicon concentrations in a one-step format in total assay times of less than 3min. Using various tag-antibody combinations specific for one of the individual genes, multi-analyte detection is shown of several antibiotic resistance genes of the food pathogen Salmonella.