组成图示
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传感器类型
其他（光寻址电位传感器(LAPS)生物传感器）
检测对象
目标DNA（target DNA，互补寡核苷酸）；样品基质：PBS（磷酸盐缓冲液）
检测原理
该传感器为无标记场效应/光寻址电位检测。LAPS由n型Si/SiO2构成，背面用830 nm LED调制光照射，空间电荷区载流子分离产生光电流。TiO2薄膜经UV处理后表面羟基密度增加，经APTS和戊二醛共价固定带负电的探针DNA。当互补目标DNA杂交后，界面负电荷密度增加，改变SiO2/溶液界面的耗尽层与表面电位；在0.01 mol/L PBS中Debye长度约1 nm，表面电荷变化可被LAPS感知。杂交程度越高，I-V曲线沿电压轴负向移动越明显；10 μmol/L目标DNA下约8 h后信号饱和，电压偏移约100 mV。该方法无酶、无荧光标记，信号直接来自DNA杂交电荷变化。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或R^2；在10 μmol/L target DNA下可检测到显著LAPS信号，I-V曲线电压偏移约100 mV。
效应效果
该传感器在PBS中检测10 μmol/L目标DNA，杂交约8 h后I-V曲线负移并饱和，电压偏移约100 mV，与文献一致。加入10 μmol/L随机序列DNA后，I-V曲线位置与加入前基本一致，表明对非互补DNA具有良好特异性。TiO2薄膜UV处理后接触角由约65°降至<10°，荧光表征显示UV处理区硅烷化水平提高，有利于探针DNA固定；但TiO2层增加绝缘层厚度，可能降低灵敏度，需优化。作者主张该方法无标记、过程简单、对器件损伤小，LAPS光寻址、省时经济，可作为无标记基因芯片候选。
传感器的构成
- 基底/换能器：n型硅片（Si，3~8 Ω·cm，0.5 mm）热氧化生成50 nm SiO2层，背面蒸镀铝形成欧姆接触与背光照明，作为LAPS换能器。
- 绝缘层：50 nm SiO2层，提供绝缘与场效应界面。
- 薄膜修饰层：TiO2薄膜（四丁基钛酸酯TBOT溶胶-凝胶旋涂、500 °C烧结），UV诱导亲水/羟基化，提高硅烷化。
- 硅烷化层：3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTS）在甲苯中硅烷化，引入氨基。
- 交联层：戊二醛（glutaraldehyde）与APTS氨基反应形成醛基，用于共价固定探针DNA。
- 识别元件：5'-C6-NH2修饰探针DNA（CCAAGAGTTGCAGTTCCTGA），通过末端氨基与醛基反应固定，识别互补目标DNA。
- 封闭剂：1% BSA（牛血清白蛋白）在PBS中封闭未反应醛基和非特异性结合位点。
- 信号标记物：无标记检测；FITC仅用于表征APTS氨基，不参与DNA检测信号。
中文摘要
本研究将二氧化钛（TiO2）薄膜沉积在光寻址电位传感器（LAPS）表面，用于DNA分子的无标记检测。为评估紫外（UV）处理对TiO2薄膜经3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTS）硅烷化水平的影响，作者用异硫氰酸荧光素（FITC）标记固定在TiO2薄膜上的APTS末端氨基。结果表明，在严格控制条件下，UV照射区域的TiO2薄膜硅烷化水平高于未照射区域，说明TiO2可作为生物传感器表面涂层材料，提高生物分子共价固定的效果与效率。人工合成的探针DNA通过共价键连接到TiO2薄膜表面，随后通过记录反应过程中沿电压轴移动的I-V曲线，监测探针DNA与目标DNA的杂交过程。在10 μmol/L目标DNA样品中可检测到显著的LAPS信号。该工作展示了TiO2修饰LAPS用于无标记DNA杂交检测的可行性。
英文摘要
Titanium dioxide (TiO(2)) thin film was deposited on the surface of the light addressable potentiometric sensor (LAPS) to modify the sensor surface for the non-labeled detection of DNA molecules. To evaluate the effect of ultraviolet (UV) treatment on the silanization level of TiO(2) thin film by 3-aminopropyltriethoxysilane (APTS), fluorescein isothiocyanate (FITC) was used to label the amine group on the end of APTS immobilized onto the TiO(2) thin film. We found that, with UV irradiation, the silanization level of the irradiated area of the TiO(2) film was improved compared with the non-irradiated area under well-controlled conditions. This result indicates that TiO(2) can act as a coating material on the biosensor surface to improve the effect and efficiency of the covalent immobilization of biomolecules on the sensor surface. The artificially synthesized probe DNA molecules were covalently linked onto the surface of TiO(2) film. The hybridization of probe DNA and target DNA was monitored by the recording of I-V curves that shift along the voltage axis during the process of reaction. A significant LAPS signal can be detected at 10 micromol/L of target DNA sample.