组成图示
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传感器类型
微流控生物传感器
检测对象
热休克蛋白90（heat shock protein 90, HSP90）；同时表征其与 ATP（adenosine triphosphate）的相互作用。样品基质：HEPES 缓冲液（pH 7.4）中的 HSP90 溶液，含 0.5 mM ATP 和 10 mM MgCl2。
检测原理
该传感器为无标记生物电阻检测。玻璃微流控通道两侧的铜电极间充满含 HSP90 的 HEPES 缓冲液，样品作为电极间隙中的介电/生物电阻介质。施加 0.5 V 直流电压后，电极间电压降取决于通道宽度、电极几何和样品生物电阻。当 ATP 与 HSP90 的 ATP 结合域结合时，HSP90 由松弛态转为紧张态并发生构象变化；SEM 显示 HSP90 可在电极间形成微桥，构象变化改变微桥及介质区域的电学性质，使生物电阻随时间变化。DAQ 实时记录归一化电压：加入 ATP 和 HSP90 引起初始电压下降，随后因相互作用产生进一步下降，最后因蒸发回升。最大电压变化 Δ3 和归一化相互作用时间 τn=τi/(τi+τe) 随 HSP90 浓度增加而增大，从而反映 HSP90 浓度或相互作用强度。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
实验显示 ATP 单独加入时电极间电压基本不变，HSP90 单独加入可因构象变化引起电压波动，二者共同加入后出现与相互作用相关的进一步电压下降。归一化相互作用时间 τn 在含 ATP 条件下随 HSP90 浓度升高而增大，在无 ATP 条件下几乎不随浓度变化，表明可区分蛋白-配体相互作用与单纯蛋白响应。最大电压变化 Δ3 也随 HSP90 浓度增加而增大。SEM 观察到 HSP90 在电极间形成微桥，且与 ATP 作用后结构改变，支持生物电阻变化来源于构象变化。作者认为该系统为概念验证，适合实时生物样品中热休克蛋白检测，并可扩展为芯片级定量传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃基底（glass substrate）上沉积并图案化电极；实际器件采用铜电极（copper electrodes）作为微通道侧壁，电极间距 80 μm、通道深 100 μm，用于施加电压并测量电极间电压。
- 微流控通道：开放顶微流控通道（open-top microfluidic channel），宽 80 μm、深 100 μm，用于容纳样品并限定电极间介电区域；相比封装芯片便于样品处理和 SEM 观察。
- 识别/相互作用元件：HSP90（heat shock protein 90）的 ATP 结合域与 ATP（adenosine triphosphate）直接结合，发生构象变化；无抗体、适配体或酶等外源识别元件。
- 样品介质：50 mM HEPES 缓冲液（pH 7.4）中的 HSP90 稀释液，加入 0.5 mM ATP 和 10 mM MgCl2，作为电极间隙中的生物介电/电阻介质。
- 信号标记物：无外源标记物（label-free），HSP90-ATP 相互作用引起的构象变化和电极间蛋白微桥本身作为信号源。
- 电路与读出：函数发生器（function generator）提供 0.5 V 直流电压，电阻（R，原文表 I 标注为 2 MΩ）与电极阵列构成测量电路，DAQ 板（data acquisition board）经 USB 连接计算机实时记录电压。
中文摘要
90 kDa 热休克蛋白（HSP90）是一种普遍存在的分子伴侣，在细胞正常和应激状态下均大量表达。其 ATP 结合区域因与癌症及蛋白质稳态维持密切相关而受到关注；ATP 与 HSP90 结合会诱导蛋白质发生显著构象变化，从而反映细胞所受应激水平。本文提出一种简单、低成本的微流控生物传感器，用于通过生物电阻变化原理实时表征 ATP 与 HSP90 的相互作用。该器件在玻璃基底上制备微流控通道，并以铜电极作为通道侧壁，生物样品位于电极间隙中形成介电介质。当 HSP90 与 ATP 结合并发生构象转变时，电极间生物电阻发生变化，通过数据采集系统记录电压随时间的变化，可定量或半定量地反映相互作用过程。实验结果表明，该传感器能够区分 ATP、HSP90 单独加入以及二者相互作用引起的电压响应，并显示响应随 HSP90 浓度变化而增强。作者认为该系统适用于实时生物样品中热休克蛋白的检测，对原位生物医学应用和快速病原检测具有潜在价值。
英文摘要
90 kDa heat shock protein (HSP90) is a ubiquitous molecular chaperone and is one of the abundant proteins present in a cell under normal and stressed conditions. The adenosine triphosphate (ATP) binding region of HSP90 is currently under a great degree of study because of the interest of its role in cancer and protein maintenance; the binding of ATP to HSP90 induces a large conformational change in the protein as a result of the activity of different types of stressors within the cells. In the present paper, a simple microfluidic biosensor is proposed for the characterization of ATP-HSP90 interactions through the principle of bioresistive variation. The experimental results prove that the present biosensor system is highly suitable for the detection of heat shock proteins present in a real-time biological sample, which is very useful for in-situ biomedical applications and rapid pathogenic detections.