组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
前列腺特异性膜抗原（PSMA）、阳性抗M13抗体（p-Ab）、阴性对照抗体（n-Ab）；样品基质：PBF缓冲液（pH 7.2）及洗涤缓冲液（PBF含0.06% BSA、0.07% Tween-20）
检测原理
M13噬菌体经NHS-TE共价固定于金电极表面，形成稳定的病毒识别层。当分析物PSMA或p-Ab进入溶液并与噬菌体表面展示的识别肽/蛋白发生非共价结合时，电极界面生物层厚度增加，电荷转移和双电层结构发生变化。EIS在0.1 Hz–1 MHz施加10 mV交流扰动，测量阻抗实部Zre。结合事件使高频区（2–500 kHz）Zre增大，ΔZre随结合量增加而增大；n-Ab不结合，作为基线。该过程无标记、无外加试剂，通过界面阻抗变化实现实时检测。
检测灵敏度
—
效应效果
该病毒电极采用无标记、无试剂EIS，可实时监测分子识别。PSMA和p-Ab结合均引起Zre可靠增加，信噪比分别约14和20，最高约20倍；n-Ab不结合，显示对非特异抗体的选择性。2–500 kHz高频区S/N为10–20，1 kHz以上ΔZre小于20 Ω且重复性更好；每组测量重复3次并用标准偏差评估误差。循环伏安法显示共价病毒层抑制金表面质子还原和金氧化还原峰，扫描至+1.0 V可逐步去除，说明表面固定稳定。作者认为该策略可用于癌症标志物等生物分子的通用检测。
传感器的构成
- 工作电极：圆形金电极（Au disk，直径3 mm），作为EIS换能基底
- 修饰层：NHS-TE（thioctic NHS-ester，硫辛酸N-羟基琥珀酰亚胺酯）自组装单层，提供活化酯与噬菌体表面胺共价连接
- 识别元件：M13噬菌体（M13 phage，噬菌体展示库筛选的PSMA结合展示体），表面展示识别肽/蛋白支架
- 封闭剂：BSA（牛血清白蛋白），封闭NHS-TE单层空隙和未反应酯基，降低非特异结合
- 对电极：Pt线圈（Pt coil counter electrode），与病毒电极组装形成EIS电流回路
- 参比电极：SCE（饱和甘汞电极），提供稳定电位参考
- 信号标记物：无（label-free EIS，结合事件直接改变界面阻抗，不使用酶、纳米颗粒或电子供体）
中文摘要
噬菌体展示技术虽在生物传感器中应用较少，但可为癌症标志物等分析物提供可定制的识别支架。本章介绍将病毒直接共价固定于电极、实现无试剂实时检测的完整方案。首先利用大库噬菌体展示筛选获得能结合前列腺特异性膜抗原（PSMA）的M13噬菌体；随后以硫辛酸N-羟基琥珀酰亚胺酯（NHS-TE）修饰金电极，使噬菌体表面游离胺与活化酯形成酰胺键，实现稳定共价固定，并用牛血清白蛋白（BSA）封闭。检测采用电化学阻抗谱（EIS），无需标记或外加试剂。当PSMA或阳性抗M13抗体（p-Ab）与电极表面噬菌体非共价结合后，电极界面生物层增厚，实部阻抗（Zre）可靠增加；阴性抗体（n-Ab）不结合。在2–500 kHz高频区，PSMA和p-Ab结合分别获得约14和20的信噪比，表明该病毒电极可用于癌症标志物的无标记实时检测。
英文摘要
Though relatively unexploited in biosensor applications, phage display technology can provide versatile recognition scaffolds for detection of cancer markers and other analytes. This chapter details protocols for covalent attachment of viruses directly to electrodes for reagent-free detection of analytes in real-time. Customization of binding specificity leverages selections with large phage display libraries prior to covalent attachment of the selected virus to the electrode. The methods described here utilize electrochemical impedance spectroscopy (EIS) to detect molecular recognition between M13 phage bound to a Au electrode and the following analytes: prostate specific membrane antigen (PSMA), positive and negative control antibodies (p-Ab and n-Ab, respectively). Because of a thick layer built on the Au electrode, the real impedance (Zre) increases reliably with S/N ratios upon noncovalent binding to PSMA (approximately 14) and p-Ab (approximately 20).