组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
辣椒素（capsaicin）诱导的TRPV1通道电流（TRPV1 channel current）；样品基质：DMEM培养液中的HEK293细胞
检测原理
SOI芯片表面以纤连蛋白（FN）包被，促进表达TRPV1通道的HEK293细胞贴附、铺展并覆盖1.2–1.5 μm微孔，在细胞膜与基底之间形成约75 nm的电解质缝隙，产生约6–8 MΩ的密封电阻。通过温和负压使细胞进入微孔，并在下腔加入念珠菌素（nystatin）在膜上形成离子载体孔，建立穿孔全细胞构型，使细胞膜电学通透而保持完整。当上腔加入辣椒素（capsaicin）时，辣椒素结合并激活TRPV1通道，引起阳离子内流，形成全细胞电流。该电流经微孔-缝隙等效电路换能，由膜片钳放大器记录。辣椒素应用浓度和重复次数改变通道开放概率，电流幅度随之变化并出现脱敏。
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
FN包被使细胞2 h铺展、72 h形成F-actin骨架，AFM粗糙度由0.12 nm增至1.91 nm；未包被细胞聚集。密封电阻6.3–8.4 MΩ，与75 nm缝隙、0.72 Ω·m模型计算值6.23–7.44 MΩ吻合；共培养实测8.40 MΩ，计算RJ+Ra 5.42 MΩ，附加电阻2.98 MΩ。念珠菌素使总电容约100 pF增加约10 pF，确认穿孔全细胞模式。0.5 μmol/L辣椒素重复应用记录TRPV1全细胞电流，第二次响应减弱；噪声60 pA，相当于20–30个通道开放，可用于高通量筛选。
传感器的构成
- 基底/换能器：绝缘体上硅（SOI）芯片，含Si层、埋层SiO2及热氧化SiO2层，经TMAH刻蚀和FIB加工形成1.2–1.5 μm微孔，提供细胞-基底缝隙与电流换能。
- 修饰层：纤连蛋白（FN）包被层，人血浆FN以500 μg/mL吸附于SiO2表面，促进细胞贴附、铺展和孵育。
- 识别元件：表达TRPV1通道的HEK293细胞膜，TRPV1作为配体识别与离子转导元件。
- 穿孔试剂：念珠菌素（nystatin）离子载体，加入下腔形成穿孔全细胞模式，使膜电学通透而不破裂。
- 配体/刺激物：辣椒素（capsaicin，0.5 μmol/L），结合并激活TRPV1通道，产生可记录电流。
- 培养介质：DMEM含10% FBS、谷氨酰胺、青霉素-链霉素和G418，维持细胞存活与TRPV1表达。
- 读出系统：Axopatch 200B膜片钳放大器与Digidata 1322A数据采集系统，记录全细胞通道电流。
中文摘要
本研究报道了一种具有细胞培养功能的新平面型离子通道生物传感器，采用绝缘体上硅（SOI）作为传感器芯片材料。芯片表面以纤连蛋白（FN）包被，对细胞在芯片上的孵育和贴附至关重要。尽管与玻璃微电极膜片钳的吉欧级密封相比，该器件的密封电阻较低（约7 MΩ），但利用辣椒素作为配体，成功记录了表达瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）通道的人胚胎肾293（HEK293）细胞的全细胞通道电流，且信噪比良好。通过添加念珠菌素（nystatin）形成穿孔全细胞构型，可稳定记录通道电流。结果表明，FN包被可显著改善细胞贴附、铺展和存活，使平面型离子通道生物传感器可用于细胞功能分析和高通量药物筛选。
英文摘要
A new planar-type ion channel biosensor with the function of cell culture has been fabricated using silicon on an insulator substrate as the sensor chip material. Coating of the sensor chip with fibronectin was essentially important for cell incubation on the chip. Although the seal resistance was quite low (approximately 7 Mohms) compared with the pipette patch-clamp gigaohm seal, the whole-cell channel current of the transient receptor potential vanilloid type 1 (TRPV1) channel expressing HEK293 cells was successfully observed, with a good signal-to-noise ratio, using capsaicin as a ligand molecule.