组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
链霉亲和素（Streptavidin，示例分析物）、抗原/蛋白（antigen/protein）；样品基质：流动室溶液（solution，可对应环境水样/生物危害样品）
检测原理
传感器以金电极为基底，内、外两层脂质单分子层中的多粘菌素A（gA）通道随机对齐形成二聚体。在100–300 mV偏压下，gA二聚体允许离子跨膜流动，形成与二聚体浓度成正比的离子电流，膜电导G反映通道开放程度。当分析物进入流动室并与固定在外层通道上的抗体/受体结合时，发生抗原-抗体或配体-受体识别；分析物将外层通道抗体与脂质系联上的抗体交联，使外层通道被锚定并远离内层通道，降低gA二聚体形成概率。二聚体浓度下降导致离子导电通路减少，膜电阻R=1/G增大，电流下降。通过监测电流/电导随时间的衰减，可判断分析物存在并估计其浓度；模型区分反应速率限制和质量传输影响两种动力学区域。
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
本文未报告选择性、抗干扰、稳定性、重现性（RSD）、加标回收率或与ELISA/HPLC/qPCR等方法的实验对比，性能评价以数学模型和数值模拟为主。模型表明，无分析物时膜电导基本不变；中等和高浓度分析物下电导以不同速率指数衰减，可通过电导衰减曲线估计浓度。数值模拟采用1 nM链霉亲和素（Streptavidin）、扩散系数D=5×10^-7 cm^2/s、生物素（biotin）表面浓度7×10^8 mol/cm^2，并改变流速υ；流速增大时质量传输影响减弱，动力学趋近反应速率限制区。作者认为该传感器可用于环境监测和生物危害检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode），作为离子电流收集与电化学换能基底。
- 内层脂质膜：固定于金电极的脂质单分子层（tethered lipid monolayer），含多粘菌素A（gramicidin A, gA）离子通道，提供内层通道伙伴。
- 外层脂质膜：可移动脂质单分子层（mobile lipid monolayer），含gA离子通道，可扩散并与内层通道对齐形成二聚体。
- 识别元件：特异性抗体（antibody）固定于外层gA通道，识别分析物；也可用生物素（biotin）作为低分子量受体与链霉亲和素（streptavidin）结合。
- 信号换能元件：gA离子通道二聚体（gA dimer），在100–300 mV偏压下形成离子导电通路，其浓度决定膜电导。
- 读出电路：等效电阻R=1/G、膜电容C1、电解质电阻R2、放大器输入电阻R3及偏置电压源，用于测量电流/电导变化。
中文摘要
本文针对含多粘菌素A（gramicidin A, gA）离子通道的系联双分子层生物传感器（tethered bilayer biosensor, ICS）建立数学模型，研究其化学动力学与电动力学响应。传感器由金电极上固定的脂质单分子层和可移动外脂质单分子层组成，两层中的gA通道随机对齐形成二聚体，在100–300 mV偏压下允许离子通过并产生电流。当分析物与固定在外层通道上的抗体/受体结合时，会交联并锚定外层通道，使其远离内层通道，抑制gA二聚体形成，导致膜电导下降、电流降低。论文将电动力学等效为二阶线性电路系统，将分析物与表面受体结合的动力学分为反应速率限制区和质量传输影响区；前者假设流动室内分析物浓度恒定，后者用偏微分方程描述浓度随时间和空间变化。基于奇异摄动理论，推导了通道电导随分析物浓度演化的三种模式：无分析物时电导基本不变，中等和高浓度时电导呈不同速率的指数衰减。该模型可为离子通道开关型生物传感器的定量检测、浓度估计和流动室设计提供理论依据。
英文摘要
This paper considers the mathematical modeling of chemical kinetics and electrical dynamics of a tethered bilayer biosensor, comprising of Gramicidin A (gA) ion channels. The electrical dynamics of the biosensor are modeled by an equivalent second order linear system. The chemical kinetics of the biosensor, which involve the binding of analyte to the receptor sites immobilized on the biosensor surface, are modeled in both the reaction-rate-limited regime, where analyte concentration is constant through out the biosensor flow chamber, and the mass transport influenced region, where the analyte concentration is subject to variations in time and space. Using the theory of Singular Perturbation, we show that the channel conductance varies according to one of three possible modes depending on the analyte concentration present.