组成图示
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传感器类型
微流控生物传感器
检测对象
生物素（biotin，D-biotin）；样品基质：PBS缓冲液（10^-4 PBS，离子浓度10 mM）
检测原理
该传感器利用紧密堆积纳米颗粒形成的纳米通道网络作为换能单元。当通道特征尺寸与Debye长度相当或更小时，双电层重叠，离子电导对体相离子浓度不敏感，而主要取决于纳米颗粒表面电荷密度。链霉亲和素修饰的硅纳米颗粒表面带负电，生物素结合后通过静电调制降低表面有效负电荷密度，并使部分纳米通道被阻塞。在低离子强度PBS中，表面电荷变化占主导，S-NPC电导随生物素浓度增加而下降；在高离子强度下，屏蔽效应使电导变化很小。过量生物素物理吸附可使表面转为正电荷，电导出现回升。铂电极在0.1 V偏置下测量阻抗/电导变化，从而将生物素浓度转换为电学信号。
检测灵敏度
检测范围: 1 nM–10 mM（10^-4 PBS）；灵敏度: 160 nS/nM；可检测浓度: 5 nM（电导变化11.8%）；5 μM时电导下降76.3%
效应效果
该传感器在低离子强度PBS中对生物素响应明显：5 nM引起11.8%电导变化，5 μM时电导下降76.3%；>50 μM时过量生物素吸附使表面转正（ζ电位+11.79±1.39 mV），电导回升。高离子强度下双电层屏蔽使变化很小。文中未报告选择性、稳定性、RSD、实际样品回收率或方法对比，仅说明每点重复三次。作者强调其制备简单、成本低、速度快，电学信号大（1 mM缓冲液中约10^-4 S，单纳米通道约10^-9–10^-10 S，微通道NPC约10^-6 S），可集成微/纳流控组件，适合微全分析系统。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅微孔膜（suspended silicon membrane，50 μm厚，20 μm×20 μm微孔），支撑S-NPC并形成纳米通道网络
- 封装储液池：PDMS复制品（PDMS reservoirs），可逆键合硅基底，容纳PBS缓冲液
- 电极：铂电极（Pt electrodes），用于施加0.1 V偏置并测量阻抗
- 纳米材料修饰层：520 nm链霉亲和素修饰硅纳米颗粒（streptavidin-modified silica nanoparticles）自组装成S-NPC，提供纳米通道与识别表面
- 识别元件：链霉亲和素（streptavidin），修饰于硅纳米颗粒表面，特异性结合生物素
- 信号读出：阻抗分析仪（HP4192A），测量S-NPC电导/阻抗变化
中文摘要
本文报道一种基于纳米流体电动力学原理的悬浮纳米颗粒晶体（S-NPC）电学读出生物传感器。紧密堆积的纳米颗粒在微孔中形成纳米通道网络，当通道尺寸与Debye长度相当时，离子电导主要受表面电荷密度控制。作者利用标准硅微加工制备50 μm厚硅膜上的20 μm×20 μm微孔，将单分散纳米颗粒悬浮液装入背腔，经蒸发诱导自组装形成S-NPC，并用PDMS储液池和铂电极进行阻抗测量。作为初步验证，采用520 nm链霉亲和素修饰硅纳米颗粒构建S-NPC，在PBS缓冲液中检测生物素。生物素与链霉亲和素结合后改变纳米颗粒表面电荷密度，使低离子强度下S-NPC电导发生显著变化。结果表明，该传感器在10^-4 PBS中对生物素的检测范围约为1 nM–10 mM，灵敏度为160 nS/nM，5 nM生物素即可产生11.8%电导变化。该方案制备简单、成本低、电学信号大，可集成于微全分析系统。
英文摘要
Here we report an approach utilizing a suspended nanoparticle crystal (S-NPC) as an electrical read-out biosensor based on a nanofluidic electrokinetics principle. As a preliminary demonstration, streptavidin-modified S-NPC with a particle diameter of 520 nm was used to detect biotin in a PBS buffer. The present result indicated that the detection range of biotin by this nanofluidics-based biosensor was about 1 nM-10 muM (in 10(-4)x PBS) with a sensitivity of 160 nS/nM. Being easy to get established, low-cost, and having large electrical read-out signal, the present S-NPC is believed to be a promising biosensing scheme in the micro total analysis system.