组成图示
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传感器类型
场效应晶体管(FET)生物传感器
检测对象
凝血酶（thrombin）；样品基质：醋酸缓冲液稀释的凝血酶标准品、人全血/血液样品
检测原理
该传感器以p型Si-NW为FET沟道，表面经3-APDES和SA修饰形成羧基，再通过EDC/sulfo-NHS将5′-NH2抗凝血酶适配体以酰胺键固定。当凝血酶与适配体特异性结合后，在pH 5.4醋酸缓冲液中凝血酶带正电，其正点电荷可屏蔽适配体负电荷，并等效为栅介质上的正电荷。该界面电荷变化改变p型Si-NW沟道载流子浓度，引起载流子耗尽和电导下降，从而在恒偏压下表现为源漏电流降低。凝血酶浓度越高，结合事件越多，电流下降越明显；血液样品中凝血酶浓度高于约330 pmol/L标准品时，电学信号变化更大。
检测灵敏度
未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或 R^2。
效应效果
AFM证实适配体成功固定及凝血酶结合，适配体平均高度4.15±0.65 nm，凝血酶/适配体复合物平均高度8.23±0.48 nm；荧光显微镜显示FITC标记凝血酶与适配体结合，未固定适配体对照无蛋白非特异结合。恒偏压100 mV下，醋酸缓冲液不引起电流变化，约330 pmol l−1凝血酶注入后电流明显下降，血液样品注入后电流变化更大，提示其中凝血酶浓度高于标准品；无适配体对照除液滴接触波动外无可测电流变化。实验重复三次，作者认为该传感器可用于血液生物标志物的实时电检测与临床诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器：p型单晶Si-NW作为FET沟道，置于SiO2/退化Si基底上，提供高表面体积比和电场敏感载流子通道
- 电极：Ni/Au源漏电极与接触垫（外接触10/50 nm，纳米线上30/150 nm），用于施加偏压并采集电流
- 表面修饰层：3-APDES在Si/Si-NW表面引入氨基，SA将氨基转化为羧基，形成可活化的羧基连接层
- 识别元件：5′-NH2-d(GGTTGGTGTGGTTGG)-3′抗凝血酶DNA适配体，经EDC/sulfo-NHS活化羧基后以酰胺键共价固定
- 检测环境：醋酸缓冲液（pH 5.4）作为样品介质，Teflon电化学池与Pt参比探针限制样品接触
- 信号读出：恒偏压Vb=100 mV下实时监测源漏电流变化，实现无标签电导响应
- 验证标记物：FITC标记凝血酶用于荧光显微镜确认适配体/凝血酶复合物，不作为FET电学信号标记
中文摘要
本研究成功制备、表征并应用了一种适配体功能化硅纳米线（Si-NW）场效应晶体管（FET）生物传感器，用于生物医学应用中目标蛋白结合的实时电检测。采用3-氨基丙基二乙氧基硅烷（3-APDES）和琥珀酸酐（SA）对硅基底进行表面修饰，分别引入氨基和羧基。5′端带氨基的抗凝血酶适配体通过酰胺键共价接枝到修饰后的硅表面。原子力显微镜（AFM）分析证实抗凝血酶适配体成功固定在Si-NW上，并与凝血酶样品结合；经连接臂固定在Si-NW上的适配体平均高度约4 nm，凝血酶/适配体复合物平均高度约8 nm。荧光显微图像显示了FITC标记凝血酶与固定在Si-NW上的抗凝血酶适配体结合后的信号。此外，该抗凝血酶Si-NW FET生物传感器成功用于约330 pmol/L凝血酶样品及血液样品中凝血酶结合过程中和结合后的电子信号实时检测。
英文摘要
An aptamer-functionalized silicon-nanowire (Si-NW) field effect transistor (FET) biosensor was successfully fabricated, characterized and applied to real-time electrical detection of binding with the target protein for biomedical applications. Surface modifications were carried out using 3-aminopropyl diethoxysilane and succinic anhydride to introduce amine and carboxyl groups onto Si substrates. Anti-thrombin aptamers with 5'-end amine groups were chemically grafted onto the surface-modified Si substrates through amide bond formation. Atomic force microscopic (AFM) analyses confirmed the successful immobilization of anti-thrombin aptamers on Si-NWs and their binding with thrombin samples. The anti-thrombin aptamers bound to Si-NWs through the linker appeared to have a mean height of approx. 4 nm and the thrombin/aptamer complex to have a mean height of approx. 8 nm. Fluorescence micrographs visualized the FITC-labeled thrombin after binding to anti-thrombin aptamers immobilized on Si-NWs. Furthermore, the anti-thrombin Si-NW FET biosensor was successfully applied to the real-time detection of electronic signals during and after binding with a thrombin sample at a concentration of approx. 330 pmol l(-1) and the thrombin in blood samples.