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
荧光生物传感器
检测对象
沙门氏菌（Salmonella typhimurium，ATCC 53648），样品基质：PBST缓冲液中的细菌培养物
检测原理
该传感器基于夹心免疫分析与集成波导荧光读出。毛细管内表面经硅烷化、GMBS和NeutrAvidin修饰后固定生物素化捕获抗体；沙门氏菌进入波导后被捕获，Cy5标记检测抗体再与捕获抗体结合，形成夹心复合物。635 nm激光以90°角照射波导，激发表面Cy5发射约670 nm荧光；荧光被毛细管波导高效收集并传输至末端，经RG665和670 nm滤光片去除激发光后由PMT转换为电压信号。荧光强度随捕获细胞数和标记抗体数增加而增强，高浓度下log10荧光信号与log10细胞浓度呈线性（R²=0.998）。检测阈值为23.4 mV，40个细胞/毛细管产生26.9 mV，按18–29%捕获效率估计绝对灵敏度约10个细胞。
检测灵敏度
LOD: 约10个捕获沙门氏菌细胞；检测阈值: 23.4 mV；可检测: 40个细胞/毛细管（26.9 mV）；线性范围: 40–4×10^6个细胞/毛细管（对数-对数线性）；R² = 0.998
效应效果
该IWB通过90°激发和末端滤光片降低激发光背景，并通过波导集成表面荧光提高信噪比。NRL早期报道其夹心免疫分析对小鼠IgG检测限为40 pg/mL、对金黄色葡萄球菌肠毒素B为30 pg/mL，比此前消逝波光纤和阵列生物传感器技术灵敏约100倍。本文沙门氏菌检测中，40个细胞/毛细管即可产生26.9 mV可检测信号，按18–29%捕获效率估计绝对灵敏度约10个细胞；高浓度下对数-对数线性R²=0.998。低浓度下信号准确但受采样误差影响，适合高浓度定量和低浓度半定量。仪器采用光密结构，无需斩波器和锁相放大器，便携、低成本，适用于细菌、芽孢和毒素等生物危害物快速检测。
传感器的构成
- 基底/波导：硼硅酸盐玻璃毛细管（borosilicate glass capillary tube），外径1.66 mm、内径1.23 mm、长50 mm，作为光波导与反应腔，低自荧光并传输荧光至末端。
- 表面化学修饰：3-巯基丙基三甲氧基硅烷（3-mercaptopropyl trimethoxysilane）硅烷化引入-SH，GMBS（4-maleimidobutyric acid N-hydroxysuccinimide ester）形成马来酰亚胺反应位点。
- 亲和素偶联层：NeutrAvidin（亲和素类似物）偶联，提供生物素结合位点以固定捕获抗体。
- 封闭层：PBSTB（PBS+0.05% Tween+2% BSA）中的BSA封闭非特异结合位点。
- 识别元件：生物素化兔多克隆抗体（biotinylated rabbit polyclonal antibody）固定于内表面，特异性捕获沙门氏菌。
- 信号标记物：Cy5标记山羊多克隆抗体（Cy5-conjugated goat polyclonal antibody）作为检测抗体，形成夹心并产生670 nm荧光。
- 光学读出：635 nm二极管激光、RG665长通滤光片、670 nm带通滤光片、PMT H7827-11，将荧光转换为电压信号。
中文摘要
集成波导生物传感器（IWB）用于快速、高灵敏地检测细菌细胞、芽孢和毒素。本文以沙门氏菌为模型，采用夹心免疫分析：分析物先被免疫捕获在毛细管波导内表面，随后由荧光染料标记的检测抗体识别。波导以90°角接受激发光照射，表面荧光标记的发射光被高效收集并沿波导传输至末端检测器，同时激发光背景被显著抑制。系统采用Cy5荧光染料、635 nm二极管激光和光电倍增管（PMT）检测器，可检测约10个被捕获的沙门氏菌细胞。该传感器利用低成本硼硅酸盐玻璃毛细管作为波导，具有结构紧凑、便携、信噪比高和灵敏度高等优点，可用于生物危害物的快速检测。
英文摘要
The Integrating Waveguide Biosensor was developed for rapid and sensitive detection of bacterial cells, spores, and toxins. A sandwich format of immunoassay was employed using Salmonella as model. The analyte was immunocaptured on the inner surface of the waveguide and then detected by the antibody conjugated with fluorescent dye. The waveguide was illuminated by an excitation light at a 90 degrees angle. The emitted light from fluorescent labels on the surface of the waveguide was efficiently collected and channeled to a detector at the end of the waveguide, while minimizing interference from the excitation light. Utilizing fluorescent dye Cy5, a 635-nm diode laser for excitation, and a photomultiplier tube detector, the Integrating Waveguide Sensor System was able to detect approximately ten captured cells of Salmonella.