生物传感器是一种灵敏的感应分析器件,在临床诊断、食品安全、环境监测等领域应用广泛。其中的生物敏感元件决定了生物传感器的灵敏度,常用的生物敏感元件固定方法会降低生物分子的活性,而且固定时生物分子不能做到有序排列,也会降低感应的灵敏性。如何将生物敏感元件有效固定在固体基质上、提高其敏感性一直是生物传感器研究的重点。S层是普遍存在于许多细菌和古菌表面的一层二维蛋白质阵列,能在多种界面体外自组装成与天然S层一样的晶格结构,被广泛用作连接传感器载体与生物敏感元件的桥梁,通过与S层蛋白的融合,实现目标蛋白在传感器载体表面自组装并形成有序排列的结构。但S层蛋白与某些蛋白融合后可能会丢失自组装性质,所以这种构建方式并没有普适性。本研究提出了一种将S层蛋白与Spy Catcher、目标蛋白与Spy Tag融合表达的策略,与Spy Catcher融合表达的S层蛋白在体外有良好的自组装能力,而与Spy Tag融合的目标蛋白通过Spy Tag与Spy Catcher共价连接,有序排列在S层蛋白上,形成了二维生物纳米传感器的敏感元件。该传感器摒弃了金基底与生物分子通过化学交联的固定方法,同时在Spy Catcher-Spy Tag强共价结合作用下,可高密度、有序载荷与Spy Tag融合表达的目标蛋白。由于Spy Tag大小只有13个氨基酸,基本不影响目标蛋白的结构与功能,而且更容易进行克隆操作,故本研究中提出的二维纳米生物传感器的构建方法适用于绝大多数目标蛋白在金芯片表面的温和固定,既最大限度的保留了目标蛋白的活性,同时实现了目标蛋白在传感器载体上的规则排列。利用该二维纳米生物敏感元件,结合表面等离子共振传感器,本研究实现了麦芽糖结合蛋白（MBP）抗体的高灵敏检测以及猪血清中非洲猪瘟病毒抗体的初步筛查。具体结果如下:1.在大肠杆菌中克隆表达重组S层蛋白r Sbp A-Spy Catcher,运用透射电子显微镜观察r Sbp A-Spy Catcher自组装形成的晶格结构。2.用电阻抗的方法表征融合蛋白r Sbp A-Spy Catcher在金电极表面的组装情况,结果表明融合蛋白在金电极表面组装良好。3.将麦芽糖结合蛋白（MBP）与Spy Tag融合,在大肠杆菌中表达纯化。在金芯片表面固定r Sbp A-Spy Catcher,再固定Spy Tag-MBP,完成二维纳米生物传感器的构建。利用该传感器进行麦芽糖结合蛋白（MBP）抗体的高灵敏检测。结果显示该传感器可以检测到的最低MBP抗体浓度是156 ng/m L,KD=1.26×10-13。4.分别将非洲猪瘟病毒蛋白K78R、I215L、E146L与Spy Tag融合,在大肠杆菌中表达纯化。按照上述相同的方法构建针对非洲猪瘟病毒蛋白抗体的二维纳米生物传感器,再以感染了非洲猪瘟病毒的病猪血清为检测样本,检测血清中是否存在与K78R,E146L,I215L相互作用的的抗体,从而评价它们的免疫原性。结果显示K78R的免疫原性最强,I215L次之,E146L最弱。本研究不仅为生物分子在生物传感器表面的高效、有序、温和固定提供一种通用策略,也为重要病原的免疫原研究提供新思路,可助力相关疫苗开发、中和抗体筛选等。