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
钙离子（Ca2+）、心脏肌钙蛋白I（cardiac troponin I, TnI）、N型电压门控钙通道（N-type voltage-gated Ca2+ channel, VGCC）；样品基质：磷酸盐缓冲液（0.1×PS/1×PS）、纯化蛋白溶液、293T细胞膜组分/细胞裂解液
检测原理
传感器以硼掺杂p型SiNW-FET为换能器，表面经APTMS、MBS和GSH修饰，形成可逆固定平台。CaM-GST通过GST与GSH的可逆结合固定于表面，CaM作为识别元件。当Ca2+结合CaM后，CaM构象改变并激活其与TnI或N型VGCC的结合；被测蛋白结合后，在Debye长度内改变SiNW表面界面电荷，产生门控效应。由于TnI和VGCC在pH 7.4带正电，结合使p型FET电导下降；CaM/GST负电荷结合则使电导上升。信号以源漏电导变化ΔG读出，ΔG随TnI浓度对数线性变化。该过程无荧光或酶标记，依赖蛋白-蛋白相互作用与界面电荷门控实现无标记检测。
检测灵敏度
LOD: 7 nM；线性范围: 10 nM–1 μM（10^-8–10^-6 M）；相关系数 = 0.987
效应效果
该传感器选择性与可重复性良好：对K+无响应，Al3+仅致0.3%电导下降，Ca2+致1%下降；对avidin、煮沸TnI及无Ca2+的TnI无响应，10^-4 M Ba2+不能替代Ca2+。TnI可被无Ca2+缓冲液洗脱，同一器件重复监测。对293T细胞膜组分中的N型VGCC特异性识别；缺少α1b亚基的裂解液无显著响应，GST/SiNW-FET无响应。电生理显示野生型CaM使N型VGCC失活为13.3±2.3%（n=7），CaM1234为40.7±8.1%（n=5）。作者认为可替代免疫沉淀并用于高通量蛋白相互作用筛选。
传感器的构成
- 换能器基底：硼掺杂p型硅纳米线场效应晶体管（SiNW-FET），作为导电通道并转换界面电荷为电导信号
- 自组装硅烷层：3-(氨基丙基)三甲氧基硅烷（APTMS）自组装单层，提供氨基用于后续偶联
- 连接层：3-马来酰亚胺苯甲酸N-羟基琥珀酰亚胺酯（MBS），与APTMS形成酰胺键并提供马来酰亚胺基团
- 可逆固定层：谷胱甘肽（GSH）通过巯基与MBS结合，形成GSH/SiNW-FET，用于可逆捕获GST标签
- 识别元件：谷胱甘肽S-转移酶标签钙调蛋白（CaM-GST）经GST-GSH可逆结合固定，CaM识别Ca2+及CaM结合蛋白
- 信号标记物：无外源标记物，依赖被测蛋白结合引起的界面电荷/门控效应产生电导变化
- 微流控与溶液门：聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控通道输送样品，Ag/AgCl电极作为溶液门并降低噪声
- 读出系统：电流预放大器与锁相放大器测量源漏电导变化（ΔG）
中文摘要
本研究报道了一种高灵敏度、可重复使用的硅纳米线场效应晶体管（SiNW-FET）生物传感器，用于无标记检测蛋白-蛋白相互作用。该器件利用谷胱甘肽（GSH）与谷胱甘肽S-转移酶（GST）标签钙调蛋白（CaM-GST）之间的可逆结合，将CaM可逆固定于GSH修饰的晶体管表面，形成CaM/SiNW-FET。该传感器对Ca2+（≥1 μM）和纯化心脏肌钙蛋白I（TnI，约7 nM）表现出选择性电响应；在10 nM至1 μM范围内，电导变化与TnI浓度呈线性关系，与TnI-CaM复合物解离常数的已知浓度范围一致。激活CaM所需最低Ca2+浓度为1 μM。研究还证明，培养293T细胞表达的N型电压门控Ca2+通道可被该传感器特异性识别。该纳米线晶体管可作为高通量生物传感器，并有望替代免疫沉淀方法用于相互作用蛋白的鉴定。
英文摘要
In this study, we describe a highly sensitive and reusable silicon nanowire field-effect transistor for the detection of protein-protein interactions. This reusable device was made possible by the reversible association of glutathione S-transferase-tagged calmodulin with a glutathione modified transistor. The calmodulin-modified transistor exhibited selective electrical responses to Ca2+ (> or = 1 microM) and purified cardiac troponin I (approximately 7 nM); the change in conductivity displayed a linear dependence on the concentration of troponin I in a range from 10 nM to 1 microM. These results are consistent with the previously reported concentration range in which the dissociation constant for the troponin I-calmodulin complex was determined. The minimum concentration of Ca2+ required to activate calmodulin was determined to be 1 microM. We have also successfully demonstrated that the N-type Ca2+ channels, expressed by cultured 293T cells, can be recognized specifically by the calmodulin-modified nanowire transistor. This sensitive nanowire transistor can serve as a high-throughput biosensor and can also substitute for immunoprecipitation methods used in the identification of interacting proteins.