石英晶体微天平传感器及其在生物检测中应用的研究进展

石英晶体微天平(Quartz crystal microbalance,QCM)是一种具有灵敏度高、免标记、可实时在线检测等优点的重要分析工具。在生物检测领域,QCM与多种信号放大方法相结合,广泛应用于对生物分子的高灵敏检测。新型耗散型QCM(QCM-D)通过对薄膜厚度、粘弹性等的研究,主要用于考察生物分子的吸附分离、构型变化等微观过程。本文主要阐述了QCM及QCM-D生物传感器的构建及其在DNA、蛋白质、细胞和微生物检测中的研究进展。     

“固化水层”模型拓展石英晶体微天平的应用

石英晶体微天平(QCM)在液态环境下的应用一直由于数据分析复杂而受到限制。最近,我们提出了"固化水层"模型(SLL)以简化QCM数据分析过程。本文进一步提供了SLL模型的有关数据。根据SLL模型,1 Hz QCM频率信号对应于0.18 nm SLL层厚度的变化,而大多数商业的QCM均可以达到该精度。因此,根据SLL模型设计的检测方案将具有很高的灵敏度。QCM作为生物传感器的应用也得以拓展,可以相信SLL模型将大大增强QCM的分析能力。     

石英晶体微天平传感器的膜厚敏感性

近几年,石英晶体微天平(QCM)作为一种简易、灵敏的实时监测手段,广泛地应用于研究生物活性分子之间的相互作用,其中包括蛋白质吸附动力学、抗原/抗体相互作用、DNA杂交、适配体-蛋白相互作用等领域.但是QCM作为商业化的生物传感器一直发展不顺利.主要因为QCM在液态环境中的非理想行为导致了对QCM数据分析困难.我们利用阻抗分析法对QCM的数据进行分析,分离出质量和粘弹性两种因素引起的频率改变,解决粘弹性的困扰问题.同时,我们提出了"固化水层"模型,合理地处理了溶剂的影响.在该模型的基础上发展了一种基于QCM的分子尺技术,该技术能够简便、有效地测量出固定在固-液界面的生物大分子的纳米尺寸.我们的主要工作是将"固化水层"模型拓展到三维结构的高分子基质中.我们联合QCM和表面等离子共振(SPR)技术研究基于高分子基质的蛋白质的固定,抗原/抗体识别的过程,进一步采用"固化水层"模型解释高分子的溶胀行为、羧基活化、抗体固定、抗原、抗体识别等过程.理论分析表明,结合生物分子势必排出相同体积的溶剂,由于溶剂的密度接近于蛋白质溶液的密度.从而导致"固化水层"质量增加不明显.实验上也证实了石英晶体微天平的响应主要取决于"固化水层"的厚度变化(T2-T1),而并非固定的生物分子的质量.我们利用QCM实时监测在高分子基质中IgG的固定以及IgG与anti-IgG识别的过程,并将石英晶体微天平监测的频率变化与相应的厚度变化直接关联.这一方法的建立在一定的应用范围内简化了QCM的定量分析模型,有望实现QCM作为传感器在界面物理与化学等相关领域研究中的应用.     

不同种类敏感膜修饰的QCM气体传感器研究现状

石英晶体微天平(quartz crystal microbalance,QCM)是一种对质量变化敏感的器件,具有灵敏度高、成本低廉、操作简单、可实时在线检测等优点,在气体传感领域受到了广泛关注。敏感材料是石英晶体微天平气体传感器的关键组成部分,本文综述了不同敏感材料包括有机聚合物、超分子化合物、离子液体和分子液体以及近年来备受关注的纳米材料修饰的QCM对特定气体传感检测的研究现状,详细介绍了纳米材料为敏感膜的QCM气体传感器对不同气体传感检测的研究现状及相关敏感机理。最后,在国内外研究现状的基础上,展望了敏感材料的发展前景。QCM作为一种成本低廉、操作方便、测量精度高的气体传感检测器件,将会有更加广阔的应用前景。     

纳米信号放大技术在液晶生物传感器中的应用进展

液晶生物传感器是一种基于液晶垂直取向变化构建的新型生物传感器,因其具有特异性好、灵敏度高、检测限低等优点,被广泛用来检测生物分子。在对生物分子的检测过程中,纳米信号放大技术在液晶生物传感器中扮演着重要的角色。本文综述了液晶生物传感器的制备方法及近年来国内外纳米信号放大技术在液晶生物传感器检测中的研究进展,最后展望了新型纳米材料信号放大技术在液晶生物传感器中的研究方向。     

电化学石英晶体微天平研究普鲁士蓝修饰电极

石英晶体徽天平(Quartz Crystal Microbalance,简称QCM)是一种非常灵敏的质量传感器,其检测能力可达ng级。QCM在化学中的早期应用是检测大气中的徽量成分,目前仍较活跃。由于石英压电晶体浸入溶液后在晶体/溶液界面存在较大的能量损失而不能够稳定振荡,致使QCM的应用较长时间局限于气相。八十年代初石英压电晶体在液相中的振荡终获成功,开辟了QCM应用的一个全新领域。液相中振荡成功后,QCM很快应用于电化学研究。目前已发展成为一种全新的电化学传感器——电化学石英晶体微天平(EQCM),并已用于金属电沉积、电化学腐蚀、电分析等方面的研究。     

石英晶体微天平中耗散与阻抗分析法的统一

石英晶体微天平仪（quartz crystal microbalance,QCM）就是通过检测物质在石英晶片表面上吸附前后石英晶片共振性能的变化以得到吸附物质的量和一些物理性能。石英晶体微天平仪具有非常高的灵敏度,可以测到纳米级的薄膜厚度变化和纳克级的痕量物质质量的变化,广泛应用于科学研究各个领域中,特别是薄膜质量、厚度的测量,生物、化学传感器以及微量物质在表面的吸附过程研究。     

一种通用型电化学石英晶体微天平电解池的设计

电化学石英晶体微天平(EQCM)同时结合了电化学检测的高灵敏度和石英晶体微天平(QCM)可实时检测电极表面质量变化及阻尼的特点,在电化学研究中具有非常好的应用前景,已得到越来越广泛的应用.本文设计了一种通用型的EQCM电解池,用恒电流电沉积铜的方法测定了QCM Pt电极的质量灵敏因子Cf,分析了Cf实验测定值与理论值偏差的原因,并讨论了在所设计的EQCM电解池中QCM Pt电极的使用范围,为进一步开展EQCM的应用研究提供可靠的基础.     

环介导扩增与石英晶体微天平快速检测核酸

建立环介导恒温扩增(LAMP)-石英晶体微天平(QCM)原位快速检测核酸的方法。将环介导恒温核酸扩增(LAMP)技术与石英晶体微天平(QCM)技术相结合,采用巯基化试剂分子组装方法,将LAMP反应体系中的4个引物之一固定于QCM电极上,在安装所述电极的QCM检测池中配置LAMP反应体系并进行环介导恒温核酸扩增,用QCM仪器在线原位检测频率变化,判断LAMP反应是否发生,进而判断体系中是否存在目标核酸特异基因。该方法检测核酸特异性强、灵敏度高,并且操作简便,有望发展成为快速筛查检测核酸的有效手段。     

石英晶体微天平在手性识别中的应用

石英晶体微天平(QCM)是一类重要的质量型检测器,因具有灵敏度高、分析速度快、检测成本低等优点而具有极好的应用前景,现已广泛应用于环境监测、药物分析、食品质量控制等诸多领域。手性工程的崛起对简单、快速、在线的手性检测技术提出了挑战,QCM手性传感器就是其中一个重要的发展分支。该文简要介绍了QCM的典型实验装置和基本传感原理,详细综述了近年来QCM在手性识别领域的研究进展,包括以环糊精衍生物、分子印迹聚合物、氨基酸衍生物等为手性主体的QCM在手性识别中的应用,并对其今后的发展进行了展望。     

原子转移自由基聚合在生物传感中的应用

原子转移自由基聚合(ATRP)是一种新颖的信号放大方法。在聚合过程中,成百上千个单体分子聚集形成长链聚合物,聚合物的侧链可以修饰丰富的功能基团,可与电化学或光学活性物质发生键合反应,从而显著增加单元生物分子识别反应信号分子的负载量,提高了检测灵敏度,实现了生物分子检测的信号放大。本文综述了ATRP的反应机理及其近年来在生物传感中的应用,并展望了其发展前景。     

基于核酸适配体的比色生物传感器研究进展

核酸适配体因能与目标物特异性结合而被用作生物识别元件,广泛用于生物传感器的研究。基于适配体的比色生物传感器,因简便、经济且直观可视等特点,在环境保护、医疗诊断和食品安全等领域备受青睐。随着生物技术和纳米技术的迅速发展,结合不同显色途径和信号放大方法,已建立了多种操作简便、特异性强、灵敏度高的基于适配体的比色传感方法,为现场快速检测技术的发展提供了新思路和新选择。识别元件、信号探针及信号放大策略都是影响比色生物传感器准确性和灵敏度的重要因素,纳米材料和放大策略的选择及设计非常重要。本文主要基于酶催化和等离子体共振比色原理,介绍了近年来比色适配体传感器的研究进展,为高灵敏比色生物传感器的研究和应用提供参考。     

石英晶体微天平的新进展

石英晶体微天平（quartz crystal microbalance,QCM）是一种对界面变化敏感的仪器,它已经在物理、化学、生物学、药物学、临床医学、环境科学等学科的界面问题研究中得到了一定的应用.然而,QCM在液相下的应用和推广一直受限于QCM数据定量解释的困难.为此,科研工作者发展了多种高级的QCM,比如带阻抗分析功能的QCM（impedance QCM,i-QCM）或带能量耗散监测功能的QCM（QCM with dissipation,QCM-D）,同时还发展了许多相应的理论模型.但是,对于多数生物、化学工作者来说,这些理论过于复杂.这极大地限制了QCM的推广和潜力发挥.本文以我们小组在QCM方面的研究工作为线索,对已报道的分析方法、模型和方程按5类应用条件进行了整理,给出了明确的界定标准：它们是：1,固-气界面;2,牛顿流体;3,固-液界面的薄膜;4,固-液界面厚膜;5,固-液界面超厚膜.对于每一类情况,我们将用通俗易懂的语言描述如何对QCM数据进行简化却又保证研究精度需要的定量分析.对于液态环境下的QCM数据的分析,我们着重介绍了＂固化水层＂模型,该模型允许QCM在一定的条件下成为一把＂分子尺＂,工作范围从几个纳米到数百纳米.该分子尺在多个创新界面问题研究中得到很好的应用.最后,我们从理论上分析了QCM作为生物传感器的先天缺陷--因基于面均质量检测的原理,QCM技术对溶液中蛋白的检测下限仅在1μg mL-1数量级.进一步,我们探索了QCM的发展方向和潜在应用领域,希望籍此能进一步推广QCM在各个学科界面问题中的研究应用.     

信号放大技术在食品安全检测领域的应用

食品安全是保障人类健康、提高人类生活品质的基础,同时因我国当前所处经济社会发展的阶段性,食品安全问题在中国日益凸显。目前,食品安全检测领域主要面临检测方法不多、快检技术不成熟,尤其是缺乏超痕量的检测分析技术导致的检测灵敏度不高等问题。信号放大技术为这些问题提供了可能的解决途径,将信号放大技术与传统检测方法相结合,实现食品中重金属、生物/化学毒素、微生物及违法添加剂等方面的痕量检测正逐渐引起人们的重视。本文从四种主要的信号放大技术与该技术在食品安全检测中的研究现状、发展趋势两方面进行了概述,并展望了信号放大技术在食品安全检测领域的研究重点和未来的发展前景。     

耗散型石英晶体微天平在生物医用高分子材料中的应用

石英晶体微天平(QCM)是一种基于石英晶体压电效应的分析检测技术,可实时在线提供石英晶体表面吸附层质量、厚度、粘弹性等信息,由此获得表面分子相互作用关系。 耗散型石英晶体微天平(QCM-D)因其独特的对粘弹性的解析,使其在高分子材料中的应用迅速发展,尤其是生物医用高分子材料领域,已用来评价生物医用高分子材料的表界面相互作用,力学和生物相容性等。 本文简单介绍了耗散型石英晶体微天平的基本原理及理论模型,重点综述了近几年QCM-D在高分子链构象、蛋白质吸附、生物大分子相互作用、药物释放以及水凝胶中的应用,并且展望了QCM-D的未来发展趋势。     

核酸探针及其在生物分析中的应用

核酸探针由于具有结构可变,合成简单和易于修饰等特点,被广泛应用于酶、蛋白质、生物小分子、金属离子、核酸以及细胞等生物分析物的检测,成为生物分析领域中不可或缺的一种研究工具。基于核酸探针发展起来的核酸信号放大策略为检测低丰度的物质提供了重要平台,提高了核酸探针检测的灵敏度,对于生物医学研究,分子诊断和药物基因组学至关重要。对核酸探针的类型、核酸信号放大方法以及核酸探针在生物分析领域的应用进行了介绍,对核酸探针的发展进行了总结与展望。     

石英晶体微天平在聚合物薄膜研究中的应用与展望

石英晶体微天平仪(QCM)具有高度的灵敏性,能够对石英晶片表面微痕量物质的变化产生响应,在分析科学研究中广泛应用.本文阐述了QCM的基本工作原理和应用基础方程,并在此基础上综述了近年来QCM在聚合物薄膜研究中的应用及研究进展,包括QCM对聚合物薄膜的厚度和力学性能的测量、QCM研究聚合物分子链在石英晶片表面的吸附过程和链构象变化、表面引发生长聚合物刷的动力学过程、基于功能聚合物薄膜和QCM的生物与化学传感器等,同时对QCM在聚合物薄膜研究领域的进一步深入应用进行了展望.     

石英晶体微天平生物传感体系构建及其分析应用研究进展

石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)技术是免标记和实时在线表征及研究分子间相互作用的重要工具。近年来在分子生物学、疾病诊断、药物分析、环境监测等研究领域引起广泛关注。本文评述了2011年以来QCM生物传感体系构建及其在分析应用中的研究进展,并对QCM技术在生物传感领域的未来研究动向进行了展望。     

核酸介导信号放大光学生物传感器在食品污染物检测中的应用EI北大核心CSCD

信号放大是新型生物传感分析过程中重要的环节。核酸介导的信号放大技术凭借核酸材料灵活的结构设计、低成本和易于制备等特点,在生物传感快速检测技术的开发上逐渐发展成为一项重要的分支,广泛应用于食品、环境和医药等新型检测方法开发。介绍了传统和新型核酸扩增技术、生物条形码和DNA walker等信号放大机理和应用,同时进一步综述核酸信号放大技术结合光学生物传感在食品污染物中检测的应用,如化学污染物、毒素类污染物、和重金属污染物等,并对核酸介导的信号放大技术在食品污染物检测中的问题和前景进行讨论。     

基于水溶性共轭聚合物的蛋白质检测*

近年来,以共轭聚合物作为生物传感元件,在生物大分子（如核酸、蛋白质）特异性识别、检测方面的研究越来越受到人们的关注。共轭聚合物具有强的光捕获能力,具有倍增光学响应性,可用来放大荧光传感信号,大大提高检测的灵敏度,为生物传感器的发展提供了新的传感模式。基于共轭聚合物的新型生物传感器在医疗诊断、环境检测以及国家安全防御等方面具有广泛的应用前景。本文简要介绍了共轭聚合物的荧光信号放大机制以及在蛋白质、酶、抗原－抗体检测方面的应用。最后对共轭聚合物在蛋白质检测方面的未来发展趋势进行了展望。