组成图示
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传感器类型
其他（光学干涉生物传感器）
检测对象
互补寡核苷酸（complementary oligonucleotide, dA20）、RNA适配体（RNA aptamer）、人凝血因子 IXa（human coagulation factor IXa）、甲型流感病毒血凝素（influenza A hemagglutinin, HA）、氰钴胺（cyanocobalamin）；样品基质：缓冲液/水溶液（纯化蛋白与寡核苷酸点样于 BioDVD 表面）
检测原理
BioDVD 采用无标记光学干涉检测。预刻槽聚碳酸酯盘上溅射 Au/ZnS-SiO2/PCM/ZnS-SiO2/Au 多层膜，厚薄两层 Au 之间形成光学驻波，介电层与相变层厚度经设计，使反射光强度对顶层薄 Au 表面 0–10 nm 生物分子引起的折射率变化高度敏感。巯基 dT20 通过硫醇-金键固定于顶层 Au，适配体 RNA 经 polyA-polyT 杂交固定；目标蛋白或互补核酸结合后，界面质量/折射率改变，抑制驻波并改变反射率。DVD 驱动器以 635 nm 激光扫描，光电探测器将反射光强度转为电压信号。相变层 PCM 可在非晶态与晶态间切换，非晶态用于高灵敏检测，晶态可屏蔽区域或记录信息。信号随结合分子数量增加而增强，无酶促或核酸放大。
检测灵敏度
LOD: 10 nM（凝血因子 IXa）；线性范围: up to 10 nM（凝血因子 IXa）；Kd: 360 nM；检测浓度: 100–800 nM（流感 A HA）；检测浓度: 0.5 µM（氰钴胺）；信号变化: 0.017 V（巯基 dT20 固定）、0.004 V（dA20 杂交）、0.009 V（适配体 RNA 杂交）、0.005 V（凝血因子 IXa 结合）
效应效果
平台表现出良好选择性与可重复性：非互补 dT20、BSA 及互补适配体均无信号；甲型流感 HA 在 100–800 nM 产生浓度依赖信号，而乙型 HA 至 1000 nM 无变化。10 个杂交点反射峰面积误差为 5–6%，至少使用 3 张 BioDVD 验证。相变层可在非晶/晶态间多次可逆切换而不降低响应。与 SPR（Biacore 2000）相比，BioDVD 检测凝血因子 IXa 最低 10 nM，SPR 为 6.5 nM，结果一致。当前使用 50 条轨道、1 mm 点样；作者估算若点样缩小至 100 µm，单盘可容纳约 40000 个斑点，6.0 m/s 下约 3.5 h 完成，而 SPR 单样品约 30 min。作者认为其可用于床旁诊断与药物筛选。
传感器的构成
- 基底：预刻槽聚碳酸酯光盘（polycarbonate disk, PC），提供机械支撑与 DVD 螺旋轨道。
- 底层厚金膜：Au（50 nm），作为光学干涉腔下反射面。
- 下介电层：(ZnS)85(SiO2)15（45 nm），构成光学间隔层。
- 相变层：Ag6.0In4.4Sb61.0Te28.6（phase-change material, PCM, 15 nm），非晶/晶态切换以调节灵敏度并屏蔽区域。
- 上介电层：(ZnS)85(SiO2)15（85 nm），构成光学间隔层。
- 顶层薄金膜：Au（5 nm），识别分子固定表面并作为上反射面。
- 识别元件：5'-巯基 dT20 DNA 经硫醇-金键固定，再杂交适配体 RNA（polyA 尾）或互补寡核苷酸，用于捕获目标蛋白/核酸。
中文摘要
本文报道了一种基于旋转光盘的生物传感器平台 BioDVD。该平台利用数字多功能光盘（DVD）光学系统，通过检测由多层薄膜结构反射光的光干涉信号变化来无标记监测生物分子相互作用。传感器由介电层、金属层和光学相变薄膜构成，利用厚薄两层金膜之间形成的驻波以及相变层对光学干涉腔的调控，使反射光强度对传感表面微小折射率变化高度敏感。作者在该平台上实现了核酸杂交以及 RNA-蛋白相互作用的快速、无标记检测，包括适配体与凝血因子 IXa 及甲型流感病毒血凝素的结合。研究还表明，通过改变相变材料状态（非晶态用于检测，晶态用于信息记录或选择性屏蔽区域），可调节检测灵敏度并实现可逆屏蔽。该平台具有高通量、低成本、可复用和现场应用潜力。
英文摘要
A spinning-disk biosensor utilizing optical interference of reflected light from a multilayered structure, consisting of dielectric, metal, and optical phase-change thin films, is shown to have the potential to monitor various interactions on its surface. We refer to this platform as a BioDVD, since it utilizes the optical system of a digital versatile disk (DVD) to measure changes in reflected light intensity. Here, we demonstrated that nucleic acid hybridization and RNA-protein interactions can be analyzed efficiently, in a label-free environment, by measuring the reflected light intensity using a DVD-like mechanism. Moreover, our studies revealed that the detection sensitivity for the interactions on the BioDVD can be altered by shifting the state of the phase-change materials, where the amorphous state can be used for analysis and another state (crystalline) can be used both for recording information and selectively masking areas of the disk.