Impedimetric biosignal analysis and quantification in a real-time biosensor system.

电化学生物传感器

大肠杆菌单链DNA（E. coli ssDNA，F11/F24）、寡核苷酸（asP2P5）；样品基质为缓冲液（buffer）

该传感器采用无标记电化学阻抗检测。DNA探针固定于互指电极（IDE）表面，当样品中的大肠杆菌单链DNA（E. coli ssDNA）或寡核苷酸进入微流控腔室并与探针杂交时，液-固界面的电荷分布和双电层结构发生变化，使电极的复阻抗幅值随时间上升。系统施加小幅度正弦电压，通过DTFT计算复阻抗，并用表面化学模型 |Z(t)|=B+A(1-e^{-αt})+ν(t) 描述响应。其中B为缓冲液基线，A与表面覆盖/亲和力相关，α与靶标浓度/结合速率相关。算法从含噪数据中非线性估计α、A、B，从而将阻抗信号定量转化为浓度和亲和力信息。

原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。

实验使用8通道旧版阵列，分两个微流控腔室。所有通道功能化针对F11大肠杆菌ssDNA的探针；Cell 1注入完全匹配F11，Cell 0注入含5个错配（约20%差异）的F24。原始曲线视觉区分困难，但参数估计后两腔室平均幅值A明显分离，并给出95%置信区间。滴定实验使用0.324–5 μM寡核苷酸，估计时间常数α在四个浓度点近似线性，符合Langmuir等温线预期，高浓度偏离可用校准曲线补偿。尽管数据仅138个采样点且存在温度控制周期干扰，算法仍能区分F11与F24。作者认为其适用于SNP、基因分型、低亲和力配体-受体结合和免疫分析等实时无标记检测。

本文描述了一种实时、无标记的电化学阻抗生物传感器系统，重点介绍利用阻抗响应信号模型对检测过程进行定量分析。该系统以互指电极为换能器，通过小幅度正弦电压激励，在靶标分子与固定化探针结合后，测量液-固界面阻抗随时间的变化。作者建立了基于表面化学的阻抗模型，将阻抗幅值表示为基线偏移、指数增长幅值和时间常数的组合，并采用非线性参数估计算法从含噪数据中估计模型参数。文中还给出了对靶标浓度和结合亲和力的定量验证：通过寡核苷酸滴定实验考察时间常数随浓度的变化，并利用两种序列差异约20%的大肠杆菌单链DNA区分完全匹配与错配靶标。结果表明，信号模型和参数估计方法能够克服视觉判读困难，将阻抗响应转化为与浓度、表面覆盖和亲和力相关的生化参数，为实时无标记亲和生物传感器提供了定量分析框架。