基于导模共振生物传感器的无标记高灵敏度SARS-CoV-2抗体检测技术研究

本文推荐一种基于导模共振（GMR）生物传感器的创新检测技术，通过优化TaO2薄膜沉积压力（5-20 mTorr）和两种蛋白固定化技术（戊二醛交联/EDC-NHS共价结合），实现了SARS-CoV-2抗体的超敏检测（最低72.3 pg/mL）。该研究为COVID-19早期诊断、疫苗接种监测提供了新型无标记（label-free）检测方案，其压力依赖性表面形貌调控策略对提升生物传感器性能具有重要指导意义。

　　

【研究亮点】

本研究成功开发了基于导模共振（GMR）的生物传感系统，通过两种表面固定化技术——戊二醛交联和EDC/NHS共价结合，实现了SARS-CoV-2抗体的高灵敏度检测。研究创新性地采用不同氧气溅射压力（5/10/20 mTorr）制备TaO₂薄膜，发现压力升高可显著改善表面粗糙度和有效面积，从而提升传感器性能。

【材料与方法】

实验采用高纯度钽靶材（Ta 99.95%）和旋涂玻璃（SOG）基板，通过优化沉积参数构建TaO₂波导层。表面活化分别使用（3-氨丙基）三乙氧基硅烷（APTES）、戊二醛和EDC/NHS试剂体系，最终固定SARS-CoV-2刺突蛋白RBD结构域作为检测靶标。

【传感器表征】

扫描电镜分析显示，选择TaO₂而非更稳定的Ta₂O₅可获得更高孔隙率。在20 mTorr压力下制备的薄膜展现出最优表面形貌，其多孔结构为抗体结合提供了更大活性面积。X射线衍射证实不同压力下薄膜的晶型差异直接影响生物分子固定效率。

【结论】

在20 mTorr沉积压力下，戊二醛交联法展现出卓越性能，检测限（LOD）达72.3 pg/mL，较EDC/NHS法灵敏度提升近2倍。该GMR传感器系统为传染病诊断提供了新型无标记检测平台，其压力依赖性性能调控策略对开发高灵敏度生物传感器具有重要启示。