组成图示
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传感器类型
其他（微悬臂梁纳米机械生物传感器）
检测对象
DDT（dichlorodiphenyltrichloroethane，有机氯农药）；样品基质：环境样品/环境水样（原文以环境领域应用为例，未明确具体基质）
检测原理
该传感器采用微悬臂梁弯曲法。单晶硅悬臂梁一侧沉积金膜，经MUA自组装单分子层、EDC-NHS偶联和乙醇胺封闭后，共价固定BSA-DDT5抗原。检测时，将固定浓度单克隆抗体LIB-DDT与不同浓度DDT在PBS中孵育，DDT与抗体结合后占据抗体识别位点，使溶液中自由抗体减少；随后只有未结合DDT的抗体能结合到固定抗原上，形成抗原-抗体复合物。由于仅悬臂梁一侧发生生物结合，界面产生差异表面应力，依据Stoney方程使悬臂梁发生纳米级弯曲。DDT浓度越高，结合抗体越少，表面应力和弯曲位移越小，信号呈负相关。激光照射悬臂梁自由端，反射光斑在四象限光电探测器上位移，实时转换为电压信号，实现无标记检测。
检测灵敏度
—
效应效果
文中未报告LOD、线性范围、RSD或实际样品回收率，但展示了抑制免疫检测的可行性与可再生性。实测弹簧常数0.0067 N/m，1 mN/m表面应力对应约5 nm弯曲。校准抗体浓度范围为0.5–10 μg/mL，选择5 μg/mL作为固定抗体浓度；当5 μg/mL抗体与3.5 ng/mL DDT混合后，悬臂梁弯曲信号降低，再次注入纯抗体时信号恢复至首次水平，说明信号降低来自DDT竞争而非生物层降解。固定抗原层可用0.1 M HCl或1–5 mM HCl再生，支持重复使用。作者主张该微悬臂梁传感器具有无标记、实时、低样品消耗、可批量制备和可扩展为阵列等优点，适用于环境农药等小分子检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：SOI单晶硅微悬臂梁（200 μm×40 μm×0.334 μm），作为纳米机械换能器，表面应力差引起弯曲
- 金属修饰层：金（Au）膜，电子束蒸发沉积，增强激光反射并提供自组装表面
- 自组装单分子层：巯基十一烷酸（MUA）在Au上形成SAM，提供羧基用于后续偶联
- 交联活化层：EDC-NHS偶联剂，活化MUA羧基形成NHS酯，实现生物受体共价固定
- 识别元件：BSA-DDT5（DDT半抗原偶联牛血清白蛋白）作为固定抗原/生物受体
- 封闭剂：乙醇胺（ethanolamine），封闭未反应NHS酯和非特异位点
- 检测识别元件：单克隆抗体LIB-DDT，与DDT竞争结合，结合固定抗原产生表面应力
- 读出系统：激光二极管与四象限光电探测器（PSD），检测悬臂梁弯曲位移
中文摘要
基于微悬臂梁的生物传感器是一种无标记纳米机械传感技术，可将生物分子相互作用转化为悬臂梁的纳米级弯曲，从而直接、高灵敏地检测生物识别事件。利用标准硅微加工技术可低成本、可批量地制备机械性能可控的微悬臂梁，使其在基因组、蛋白质组、环境、食品和临床分析等领域快速发展。本章报道了一种高灵敏硅微悬臂梁传感器的专门设计与制备工艺，并展示其在环境领域的应用：以免疫抑制法检测有机毒农药DDT。传感器表面先沉积金膜，再用巯基十一烷酸自组装单分子层提供羧基，经EDC-NHS偶联将DDT半抗原-BSA载体共价固定，并用乙醇胺封闭。检测时，固定浓度单克隆抗体与不同浓度DDT孵育，DDT与抗体竞争结合，使结合到固定抗原上的抗体减少，悬臂梁表面应力和弯曲信号降低。通过激光偏转法实时监测弯曲变化，即可实现农药浓度的无标记检测。
英文摘要
Microcantilevers based-biosensors are a new label-free technique that allows the direct detection of biomolecular interactions in a label-less way and with great accuracy by translating the biointeraction into a nanomechanical motion. Low cost and reliable standard silicon technologies are widely used for the fabrication of cantilevers with well-controlled mechanical properties. Over the last years, the number of applications of these sensors has shown a fast growth in diverse fields, such as genomic or proteomic, because of the biosensor flexibility, the low sample consumption, and the non-pretreated samples required. In this chapter, we report a dedicated design and a fabrication process of highly sensitive microcantilever silicon sensors. We will describe as well an application of the device in the environmental field showing the immunodetection of an organic toxic pesticide as an example. The cantilever biofunctionalization process and the subsequent pesticide determination are detected in real time by monitoring the nanometer-scale bending of the microcantilever due to a differential surface stress generated between both surfaces of the device.