组成图示
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传感器类型
比色生物传感器
检测对象
E. coli O157:H7（致病性大肠杆菌O157:H7）；样品基质：PBS稀释的E. coli O157:H7标准品/细菌悬液（文中未明确实际食品或临床样品）
检测原理
检测基于片上三明治免疫反应与酶促显色光学吸收。PDA表面固定抗E. coli O157:H7抗体，捕获样品中的E. coli O157:H7后，碱性磷酸酶（AP）标记的抗E. coli O157:H7抗体与之结合，形成免疫复合物。加入NBT/BCIP底物后，AP催化生成蓝色沉淀，沉淀量与表面捕获的细菌数量成正比。红色LED从上方照射，蓝色沉淀吸收红光，使到达PDA光电二极管的光强降低；光电二极管将光强转换为光电流，经片上电流放大器和电流-电压转换器输出。以无目标菌芯片的平均信号Sc与样品信号Ss之差（Sc−Ss）作为定量信号，该差值随E. coli O157:H7浓度增加而增大，从而实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: 4.5 × 10^4 E. coli O157:H7（S/N = 3）；背景噪声: 35 mV
效应效果
该PDA片上生物传感器可在接触大量生物材料和缓冲液的湿态条件下保持光电二极管的光电传感能力，实现E. coli O157:H7的直接片上光学检测，并避免使用与蛋白微阵列尺寸不兼容的昂贵微孔板读数仪。系统具有便携性和集成化优势，适合现场快速检测。稳定性方面，片上反应溶液pH必须维持在7.0–7.5；当BSA和E. coli O157:H7溶液pH分别为8.0和8.2时，各反应步骤光信号出现明显偏离，而pH 7.0时信号稳定在平均2.37±0.053 V附近。文中未报告选择性、抗干扰、重现性RSD、实际样品回收率及与ELISA/HPLC/qPCR等方法的对比。
传感器的构成
- 基底/换能器：双极型光电二极管阵列（PDA）微芯片，12×12个300 μm光电二极管，集成电流放大器和电流-电压转换器，作为蛋白固定化平台和光电换能器。
- 表面钝化层：二氧化硅（SiO2）氧化层，提供可硅烷化表面并保护PN结。
- 硅烷化修饰层：3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES），在PDA表面引入氨基，用于后续共价偶联。
- 交联层：戊二醛（glutaraldehyde），连接APTES氨基与抗体氨基，实现抗体固定。
- 识别元件：亲和纯化的抗E. coli O157:H7抗体（anti-E. coli O157:H7 Ab），捕获目标菌。
- 封闭剂：10%牛血清白蛋白（BSA），封闭非特异结合位点。
- 信号标记物：碱性磷酸酶（AP）标记的抗E. coli O157:H7抗体，形成三明治免疫复合物并提供酶催化位点。
- 信号生成底物：NBT/BCIP（硝基蓝四氮唑/5-溴-4-氯-3-吲哚磷酸盐），AP催化生成蓝色沉淀，吸收红光。
- 光源与读出：红色LED、测试板（AT89S52微控制器、8位ADC、RS232）和笔记本电脑软件，将光电流转换为数字信号。
中文摘要
本文报道了一种基于光电二极管阵列（PDA）微芯片的片上生物传感器，用于检测致病性大肠杆菌O157:H7。该PDA微芯片由12×12个光电二极管检测单元组成，既作为蛋白固定化样品平台，又作为光电换能器。检测时，先在PDA表面依次用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）、戊二醛和抗E. coli O157:H7抗体进行修饰，再捕获样品中的E. coli O157:H7，并用碱性磷酸酶标记的抗E. coli O157:H7抗体形成三明治型免疫复合物。随后加入NBT/BCIP底物，碱性磷酸酶催化生成蓝色沉淀。位于微芯片上方的红色LED照射PDA，蓝色沉淀对红光的吸收使到达光电二极管的光强降低，从而通过控制信号与样品信号差值定量细菌浓度。该便携式片上系统可在湿态生物环境中保持光电传感能力，无需昂贵微孔板读数仪。
英文摘要
An integrated circuit (IC) of photodiode array (PDA) microchip system was used for the on-chip detection of E. coli O157:H7 based on an enzymatic bioassay and light absorption property of the reaction product. The PDA microchip consisting of an array of 12 x 12 photodiode detection elements served as a photosensor as well as a protein-immobilizing sample platform. As a result, E. coli O157:H7 could be detected directly on the surface of PDA detection elements. E. coli O157:H7 was detected by forming a "sandwich-type" enzymatic immunocomplex on the PDA detection elements using an on-chip bioassay. The quantitative analysis of E. coli O157:H7 immunocomplex was carried out based on the light absorption property of the enzymatic reaction products of E. coli O157:H7 immunocomplexes with respect to a red beam produced by light emitting diodes (LEDs) installed right above the PDA microchip. During the on-chip bioassay, the wet photodiode detection elements exposed to a lot of biological materials or buffer solutions were capable of maintaining their photosensing capabilities. The portable PDA on-chip biosensor permits direct optical detection of E. coli O157:H7 and eliminates the necessity of the conventional expensive microplate reader that is incompatible with the size of the protein microarray.