1. DNA检测
DNA(Deoxyribonucleic acid)又称脱氧核糖核酸。DNA是染色体的主要化学成分，同时也是基因的组成部分，有时被称为“遗传微粒”。DNA是一种分子，可组成遗传指令，以引导生物发育与生命机能运作。DNA 检测是微悬臂梁传感器发展过程中的一个里程碑，2000年，Fritz等[1]首先报道了利用微悬臂梁传感器对DNA杂交过程进行了监测，他们将一端经过巯基化的DNA单链通过Au-S键固定到微悬臂梁的金表面，然后与溶液中的互补链进行杂交，DNA之间的相互作用使微悬臂梁上下两个表面产生应力差，导致微悬臂梁发生偏转，实验结果表明，微悬臂梁可以对具有互补结构的DNA的杂交过程进行监测。该报道发表在Science上，引起人们的关注，实验中使用的是由两只悬臂组成的微悬臂梁阵列，一支悬臂修饰上12个碱基的单链DNA，键合溶液的特异性互补DNA链，作为传感悬臂；另一支修饰悬臂上惰性的非特异性分子，键合非互补链，作为参比悬臂，如图1所示。
图1 微悬臂梁镀金表面上 DNA 杂交示意图
2. 蛋白质检测
蛋白质是生命的物质基础，是生命活动的主要承担者，没有蛋白质就没有生命。因此，它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。1999年, Moulin等[2]利用微悬臂梁研究了牛血清蛋白(Bull Serum Albumin, BSA)和免疫球蛋G(immunoglobulin G, IgG)两种蛋白质分子在微悬臂梁金表面吸附的过程, 如图2所示，并且根据微悬臂梁的偏转方向和理论推导得出了蛋白质分子在微悬臂梁表面吸附过程中构象的变化。Moulin等也利用微悬臂梁传感器 来区分低密度脂蛋白及氧化低密度脂蛋白，他们通过在微悬臂梁表面修饰一层肝磷脂作为敏感层，肝磷脂对低密度脂蛋白的吸收比对氧化低密度脂蛋白的吸收大得多，因此通过测量微悬臂梁的弯曲形变随时间变化曲线来区分这两种不同蛋白质。低密度脂蛋白的含量与心血管疾病有密切关系，准确测量后可有效预防心血管疾病的发生。Yan等[3]利用自组装方法将钙蛋白修饰在微悬臂梁表面，研究了钙蛋白与钙离子相互作用导致蛋白构象发生转变，从而使微悬臂梁弯曲的过程。Braun等[4]利用微悬臂梁研究了膜蛋白和配体之间的相互作用过程。Federici等[5]利用微悬臂梁研究了蛋白质由于溶液中盐浓度改变而引起的构象改变。Hou等[6]利用微悬臂梁传感器研究了单链DNA(ssDNA)和单链结合蛋白(SSBP)的特异性相互作用，其检测范围0.01-7μg/mL，最低检出限为0.008μg/mL。
图2 BSA和IgG在微悬臂梁表面的吸附过程研究
抗原抗体的检测也是蛋白质检测中的一个重要组成部分，抗原抗体结合是抗原和对应抗体在一定条件下特异性结合形成可逆性抗原-抗体复合物的过程。2001年, Wu等[7]将前列腺特异性抗原(PSA)的抗体固定在微悬臂梁表面, 实现对溶液中PSA的定量检测，检测范围0.2 ng/mL-60μg/mL(如图3所示)。薛长国等[8]利用硫醇自组装方法将谷胱甘肽抗原修饰在微悬臂梁的镀金表面上，来检测溶液中的特异性抗体；以及将巯基化紫杉醇抗体[9]和巯基化铜离子抗体[10]修饰在微悬臂梁镀金面, 分别对其抗原进行检测,其最低检测限分别为0.78 ng/mL和0.8 ng/mL。
图3 微悬臂梁传感器对前列腺抗原（PSA）检测结果
3. 酶的检测
酶是指具有生物催化功能的高分子物质，即生物催化剂，它存在于所有活的动植物体内，是维持机体正常功能，消化食物，修复组织等生命活动的一种必需物质。若没有酶，生化反应将无法进行，五大营养素(碳水化合物、类脂质、蛋白质、维生素、矿物质)都将变的对机体毫无用处，生命现象将会停止。因此，酶对生命的重要性不言而喻，甚至很多人将它称为“活着的物质”，“掌握所有生命活动的物质”。2002年，Subramanian等[11]首次报道了基于微悬臂梁酶的检测，他们将葡萄糖氧化酶修饰在微悬臂梁的镀金表便面，研究了葡萄糖氧化酶对溶液中葡萄糖的催化过程，实验结果表面这种微悬臂梁传感器无需标记就可以对酶催化过程进行检测。2006年，季海峰等利用微悬臂梁传感器研究了辣根过氧化物酶(HRP)催化分解过氧化氢(H2O2)的过程，通过测量微悬臂梁偏转的大小实现对H2O2的检测，检测范围10-9-10-2mol/L，最低检测限10-9mol/L； 2007年，Karnati等[12]将磷酸三脂水解酶修饰在微悬臂梁的一侧表面上，研究其对有机磷的水解过程，实现了对有机磷的检测，最低检测限为10-7mol/L。2012年，Lee等[13]利用微悬臂梁传感器的动态模式研究了膜型-1-基质金属蛋白酶(membrane type-1-matrix metalloproteinase，MT1-MMP)裂解多肽的过程，通过测量微悬臂梁振动频率的漂移，从而实现对膜型-1-基质金属蛋白的检测(如图4所示)。
图4 膜型-1-基质金属蛋白酶裂解微悬臂梁表面多肽示意图
4. 微生物检测
微生物包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物等在内的一大类生物群体，它们体积微小，与人类关系密切。涵盖了有益和有害的众多种类，广泛涉及食品、医药、工农业及环保等诸多领域。2001年，Ilic等[14]将抗大肠杆菌抗体固定在微悬臂梁表面，利用微悬臂梁传感器的振动模式实现了对大肠杆菌的检测，微悬臂梁共振频率的漂移与吸附在微悬臂梁上的大肠杆菌的数量有关，利用这种方法可以检测单个大肠杆菌的质量。(如图5)。2003年，Weeks等[15]通过测量沙门氏菌在微悬臂梁表面吸附后引起的表面应力的改变，实现对沙门氏菌进的检测；2007年，Manalis等[16]人通过在微悬臂梁上加工微流道，对单个大肠杆菌进行了检测，测得大肠杆菌的质量大约为110±30 fg；2014年，Sibani等[17]将多肽修饰在微悬臂梁镀金表面，对沙门氏菌进行了检测；2006年，季海峰和Velanki等[18]利用微悬臂梁传感器对兔病病毒和柯萨奇病毒进行了检测研究；2013年，Abdullah等[19]将单链DNA(ssDNA)修饰在微悬臂梁的一侧表面，通过DNA杂交原理实现了对人类免疫缺陷病毒(HIV)的检测，最低可检出3个HIV病毒。
图5 大肠杆菌在悬臂表面吸附的SEM图
参考文献：
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