组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
链霉亲和素（streptavidin）、谷胱甘肽-S-转移酶（GST）；样品基质：水相缓冲液/抗淬灭溶液（antifade solution，BRB80体系）
检测原理
该器件以双抗体夹心识别为基础：表面固定的驱动蛋白（kinesin）在ATP驱动下使抗体或生物素功能化微管沿玻璃表面滑行。微管首先从溶液中捕获未标记分析物（链霉亲和素或GST），随后与携带第二抗体或生物素的荧光标记物碰撞并结合，形成分析物—微管—标记物复合物。紫外光裂解DMNPE-caged ATP，按需激活马达，使复合物被主动运输至SU8侧壁并局部沉积。荧光显微镜对侧壁沉积的荧光纳米球或量子点成像，分析物浓度越高，被捕获、标记并沉积的荧光颗粒越多，荧光密度越大。主动运输替代传统洗涤步骤，实现信号富集与空间分离。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
控制实验验证选择性：链霉亲和素存在时侧壁16 µm内纳米球密度为0.40±0.04 mm^-2，无分析物时为0.083±0.008 mm^-2；GST存在时量子点密度为0.12±0.01 mm^-2，无分析物时为0.0016±0.0011 mm^-2，配对t检验P值分别为0.05和0.04。扩散贡献有限：GST系统扩散贡献0.018±0.005 mm^-2，约占总信号15%；链霉亲和素系统纳米球强吸附，组装期初始沉积0.074±0.007 mm^-2后扩散不贡献。作者认为信号强度仍需提高以支持远程检测，但该器件首次整合未标记分析物捕获、标记、运输和局部沉积，为智能尘埃生物传感器提供概念基础。
传感器的构成
- 基底/观察窗口：玻璃盖玻片（glass coverslip），提供平面基底并允许荧光显微镜观察内部过程
- 微结构侧壁：SU8-2015光刻胶（SU8 photoresist）光刻形成高20 µm、直径800 µm圆形微井，侧壁过hang使微管接触时固定并沉积
- 封闭层：酪蛋白（casein）涂覆内表面，减少非特异性吸附
- 马达层：果蝇驱动蛋白（Drosophila melanogaster kinesin，C端His-tag）固定/涂覆表面，在ATP驱动下使微管滑行
- 识别/运输元件：生物素化微管（biotinylated microtubules）或经链霉亲和素连接生物素化抗GST抗体的微管，捕获分析物并作为分子穿梭；罗丹明标记微管（rhodamine-labelled microtubules）用于成像
- 信号标记物：生物素化荧光纳米球（biotinylated fluorescent nanospheres, FluoSpheres 40 nm）或抗GST抗体偶联量子点（anti-GST-conjugated Qdot 655），与分析物形成夹心后随微管运输
- 能量/稳定体系：DMNPE-caged ATP（笼式ATP）经UV光裂解释放ATP；葡萄糖氧化酶（GOx）、过氧化氢酶（catalase）、DTT等用于维持反应并减少氧化/漂白
中文摘要
生物传感器可通过向微纳流控器件注入更小体积，或将功能化微米颗粒“智能尘埃”浸入样品实现微型化。智能尘埃最初指毫米级无线半导体传感器，后来也包括用于监测更小环境的微米级多孔硅颗粒。设计智能尘埃生物传感器的主要挑战是将运输功能与能量供应集成到器件中。本文报道一种由ATP驱动的混合微器件，利用抗体功能化微管和驱动蛋白马达将目标分析物运输至检测区，运输步骤替代传统双抗体夹心检测中的洗涤步骤。由于尺寸小且可自主运行，作者设想可大量制备此类智能尘埃生物传感器，植入生物体或分散到环境中用于远程传感。该器件将传统双抗体夹心法的捕获—洗涤—标记—洗涤—检测流程替换为捕获—运输—标记—运输—检测流程：功能化微管从溶液中捕获链霉亲和素或谷胱甘肽-S-转移酶，随后与荧光标记结合，并被驱动蛋白马达携带至侧壁沉积，最后通过荧光显微镜读出。
英文摘要
Biosensors can be miniaturized by either injecting smaller volumes into micro- and nanofluidic devices or immersing increasingly sophisticated particles known as 'smart dust' into the sample. The term 'smart dust' originally referred to cubic-millimetre wireless semiconducting sensor devices that could invisibly monitor the environment in buildings and public spaces, but later it also came to include functional micrometre-sized porous silicon particles used to monitor yet smaller environments. The principal challenge in designing smart dust biosensors is integrating transport functions with energy supply into the device. Here, we report a hybrid microdevice that is powered by ATP and relies on antibody-functionalized microtubules and kinesin motors to transport the target analyte into a detection region. The transport step replaces the wash step in traditional double-antibody sandwich assays. Owing to their small size and autonomous function, we envision that large numbers of such smart dust biosensors could be inserted into organisms or distributed into the environment for remote sensing.