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
大肠杆菌O157:H7（Escherichia coli O157:H7）eaeA基因PCR扩增产物；样品基质：苹果汁、牛奶、碎牛肉、PBS
检测原理
传感器以Au电极修饰的QCM为换能器，巯基化Probe 1通过Au–S键自组装固定于表面。样品中E. coli O157:H7的eaeA基因经PCR扩增并变性后，与Probe 1杂交，使晶体表面质量增加，共振频率下降。随后，偶联20 nm Au NPs的Probe 2与靶DNA另一端杂交，形成夹心结构；Au NPs因质量远大于DNA而显著放大频率偏移，同时其序列特异性用于验证靶标。频率变化按Sauerbrey方程换算为质量变化，信号随菌量/PCR产物量增加而增大。
检测灵敏度
LOD: 1.2×10^2 CFU/ml（P2-30/12T-capped Au nanoparticles）；1.2×10^4 CFU/ml（无Au NPs放大）；线性范围: 1.2×10^2–1.2×10^6 CFU/ml（y1=−19.8x+134.9, R^2=0.986）；1.2×10^4–1.2×10^8 CFU/ml（y2=−10.5x+82.0, R^2=0.993）
效应效果
该体系对E. coli O157:H7具有良好特异性：L. monocytogenes、S. choleraesuis、S. aureus、E. coli K12及其他E. coli O血清型均无有效PCR扩增或QCM响应。重复性RSD<8.3%（n=3）。苹果汁、牛奶和碎牛肉加标5.3×10^2 CFU/ml或CFU/g后，无需预富集即可检出，频率变化显著高于空白（P<0.01），但低于PBS阳性对照，可能源于菌体损失或食品抑制物。制备样品总检测时间约3 h，若含富集约6 h，可兼容现有PCR流程。
传感器的构成
- 换能器基底：9 MHz AT-cut石英晶片（QCM），双面金电极（Au），提供压电振荡与质量敏感界面
- 识别元件：3′-巯基化探针Probe 1（P1-30/12T，42-mer，含12 dT间隔），通过Au–S自组装固定于Au电极，特异性捕获eaeA靶DNA
- 信号放大/验证层：5′-巯基化探针Probe 2（P2-30/12T(AS)，42-mer）偶联20 nm金纳米颗粒（Au NPs），与靶DNA另一端杂交，作为质量增强器和序列验证器
- 读出系统：循环流QCM系统（ADS）实时监测频率变化，按Sauerbrey方程换算质量变化
中文摘要
本研究开发了一种基于金纳米颗粒放大与验证的循环流压电生物传感器，用于实时检测食源性病原菌大肠杆菌O157:H7。将特异性针对E. coli O157:H7 eaeA基因的巯基化探针Probe 1（30-mer）自组装固定于压电传感器表面；经PCR扩增的104 bp eaeA基因片段与固定探针杂交后，引起传感器表面质量增加并导致频率偏移。随后，与金纳米颗粒偶联的第二巯基化探针Probe 2作为质量增强器和序列验证器，与靶序列另一端杂交，进一步放大频率变化。该传感器可检测来自1.2×10^2 CFU/ml大肠杆菌O157:H7的PCR产物，并在10^2–10^6 CFU/ml范围内呈线性相关，且能用于真实食品样品中目标菌的检测。
英文摘要
A circulating-flow piezoelectric biosensor, based on an Au nanoparticle amplification and verification method, was used for real-time detection of a foodborne pathogen, Escherichia coli O157:H7. A synthesized thiolated probe (Probe 1; 30-mer) specific to E. coli O157:H7 eaeA gene was immobilized onto the piezoelectric biosensor surface. Hybridization was induced by exposing the immobilized probe to the E. coli O157:H7 eaeA gene fragment (104-bp) amplified by PCR, resulting in a mass change and a consequent frequency shift of the piezoelectric biosensor. A second thiolated probe (Probe 2), complementary to the target sequence, was conjugated to the Au nanoparticles and used as a "mass enhancer" and "sequence verifier" to amplify the frequency change of the piezoelectric biosensor. The PCR products amplified from concentrations of 1.2 x 10(2) CFU/ml of E. coli O157:H7 were detectable by the piezoelectric biosensor. A linear correlation was found when the E. coli O157:H7 detected from 10(2) to 10(6) CFU/ml. The piezoelectric biosensor was able to detect targets from real food samples.