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
皮质醇（cortisol），样品基质：PBS 缓冲液、体外人体组织间液（ISF）
检测原理
传感器以金微电极阵列为换能器，DTSP 自组装单分子层通过琥珀酰亚胺基团与皮质醇单克隆抗体 C-Mab 的氨基形成酰胺键，实现抗体共价固定，乙醇胺封闭未反应基团。检测时，在开路电位下施加 5 mV 小振幅交流信号，以 5 mM Fe(CN)6^3-/4- 为氧化还原探针进行 EIS。皮质醇与固定 C-Mab 特异性结合后，在电极表面形成较致密的非导电生物层，阻碍氧化还原探针接近金表面，使电荷转移电阻 Rct 增大。Rct 变化与皮质醇浓度对数呈线性关系，ΔRct(kΩ)=30.1+2.296 log C(M)，归一化后 Rct(Ci)/Rct(Co)=5.362+0.336 log C(M)。该无标记阻抗法通过微电极增强灵敏度，实现 1 pM 级检测。
检测灵敏度
LOD: 1 pM；线性范围: 1 pM–100 nM；灵敏度: 2.296 kΩ M−1；归一化灵敏度: 0.336；相关系数: 0.997
效应效果
该传感器表现出良好的选择性与抗非特异吸附能力：未固定抗体的 EA/DTSP/Au 电极在皮质醇浓度变化时 Rct 无显著变化；对结构相似的皮质酮，C-Mab 仅有约 10% 亲和力，Rct 变化极小。通过归一化处理，不同基础阻抗电极在相同浓度下响应差异控制在 5% 以内。在 6 份人体组织间液（ISF）样品中，传感器结果与商品化竞争 ELISA 一致，偏差为 0.3%–14.1%。单次分析约 40 min，可一次性使用，作者认为其适合开发可穿戴、连续监测皮质醇的便携式检测器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：氧化硅片上 Cr/Au 金微电极阵列（Cr/Au, 200/2000 Å），5 μm 宽电极指、15 μm 间距，作为 EIS 工作电极。
- 样品腔：SU-8 光刻胶围绕电极形成样品腔（SU-8 chamber），容纳 30 μL PBS 或 ISF 样品。
- 自组装单分子层：DTSP（dithiobis(succinimidyl propionate)）经 NaBH4 还原后在金表面形成 SAM，提供琥珀酰亚胺活性基团。
- 识别元件：皮质醇单克隆抗体 C-Mab（anti-cortisol monoclonal antibody），与 DTSP 琥珀酰亚胺基团形成酰胺键共价固定。
- 封闭层：乙醇胺 EA（ethanolamine，10% in PBS），封闭未反应 DTSP 基团并去除未结合抗体。
- 氧化还原探针：5 mM Fe(CN)6^3-/4-（铁氰化钾/亚铁氰化钾），用于 EIS 电荷转移电阻检测。
- 三电极体系：Ag/AgCl 参比电极、金对电极与金微电极工作电极，配合 Autolab 电化学工作站进行 EIS 读出。
中文摘要
本研究报道了一种基于二硫代双(琥珀酰亚胺丙酸酯)（DTSP）自组装单分子层修饰金微电极阵列的超灵敏、可一次性使用电化学皮质醇免疫传感器。将皮质醇特异性单克隆抗体（C-Mab）共价固定于金微电极阵列表面，使传感器暴露于不同浓度皮质醇溶液中。C-Mab 结合后，使用乙醇胺（EA）封闭 DTSP 上未反应的活性基团，并采用无标记电化学阻抗谱（EIS）技术测定皮质醇浓度。EIS 结果表明，EA/C-Mab/DTSP/Au 生物传感器可在 1 pM–100 nM 范围内准确检测皮质醇。该传感器成功用于体外组织间液（ISF）中皮质醇的测量。本研究证实了基于阻抗的生物传感器架构用于一次性、可穿戴皮质醇检测器的可行性。
英文摘要
Gold microelectrode arrays functionalized with dithiobis(succinimidyl propionate) self-assembled monolayer (SAM) have been used to fabricate an ultrasensitive, disposable, electrochemical cortisol immunosensor. Cortisol specific monoclonal antibody (C-Mab) was covalently immobilized on the surface of gold microelectrode array and the sensors were exposed to solutions with different cortisol concentration. After C-Mab binding, unreacted active groups of DTSP were blocked using ethanol amine (EA) and label-free electrochemical impedance (EIS) technique was used to determine cortisol concentration. EIS results confirmed that EA/C-Mab/DTSP/Au based biosensor can accurately detect cortisol in the range of 1pM-100nM. The biosensor was successfully used for the measurement of cortisol in interstitial fluid in vitro. This research establishes the feasibility of using impedance based biosensor architecture for disposable, wearable cortisol detector.