组成图示
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传感器类型
纳米孔生物传感器
检测对象
互补靶 DNA（GAPDH 探针靶序列、NF-κB 诱饵靶序列）；样品基质：KCl/HEPES 缓冲液（溶液样品）
检测原理
该传感器以固态 SiN 纳米孔为离子通道，探针 DNA/LNA 通过 APTES 和 PDI 共价固定于孔壁。当溶液中的互补靶分子在电场驱动下进入或结合于功能化孔道时，孔道发生空间阻塞和静电相互作用，改变离子迁移路径与表面电荷分布。换能机制为纳米孔离子电流：孔道直径减小使电阻升高，低盐条件下孔壁表面电荷形成的双电层贡献电导，靶分子结合/转位引起电流阻塞、整流和噪声变化。信号由 Ag/AgCl 电极和 patch clamp 放大器读出，表现为 I/V 曲线斜率、正负偏压电阻差异及功率谱密度变化，从而反映识别事件。
检测灵敏度
—
效应效果
论文未报告选择性、抗干扰、RSD、实际样品回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。表征显示功能化使 ssDNA 纳米孔电阻由 3.5 MΩ 增至 245 MΩ，dsLNA 由 1.8 MΩ 增至 14.5 MΩ，有效半径分别减少约 11.9 nm 和 12.2 nm；低盐电导拟合得到表面电荷约 45 mC/m2，估计孔壁存在 12 条 ssDNA 和 10 条 dsLNA 探针。小孔径功能化后出现明显整流，负偏压电阻约 36 MΩ、正偏压约 256 MΩ；电流噪声在功能化后降低，dsLNA 更明显。作者认为该器件可集成微流控/芯片，用于分子诊断和纳米孔阵列并行分析。
传感器的构成
- 基底/换能器：Si/SiN 芯片，20 nm 厚 SiN 绝缘膜，FIB 制备 20–60 nm 纳米孔，作为离子通道与电阻换能器
- 表面活化层：3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) 与 SiN 表面 SiO2 羟基反应，引入氨基
- 交联层：1,4-phenylenediisotiocyanate (PDI) 交联剂，连接 APTES 氨基与 DNA 氨基
- 识别元件：氨基修饰 ssDNA 探针（GAPDH 45-mer）或 dsLNA 诱饵（NF-κB 共识序列），固定于孔壁识别靶分子
- 样品溶液：KCl 1 M 与 10 mM HEPES (pH 8) 缓冲液，提供离子电流并电泳驱动靶分子
- 电极/读出：Ag/AgCl 电极、Axopatch 200B patch clamp 放大器和微流控 Plexiglas 双腔，施加偏压并记录离子电流
中文摘要
本文报道了一类基于生物功能化固态纳米孔的生物传感器器件的电学表征。器件以聚焦离子束在 20 nm 厚氮化硅膜上制备的 20–60 nm 纳米孔为通道，通过硅烷化、异硫氰酸酯交联和氨基修饰 DNA 连接，将单链 DNA 或双链锁核酸探针固定于孔壁。功能化使较大孔径缩小至适合单分子传感的尺寸，并赋予选择性识别能力，无需额外沉积金属、氧化物或局部表面修饰。作者测量了功能化前后纳米孔的电压–电流特性、电阻、电导、整流和噪声，表明探针附着引起孔径减小、表面电荷改变和低频噪声降低。该策略有望用于不同功能化纳米孔阵列的并行生物样品分析，并在分子诊断领域具有重要应用前景。
英文摘要
We present data concerning the electrical properties of a class of biosensor devices based on bio-functionalized solid state nanopores able to detect different kinds of interactions between probe molecules, chemically attached to the pore surface, and target molecules present in solution and electrophoretically drawn through the nanometric channel. The great potentiality of this approach resides in the fact that the functionalization of a quite large pore (up to 50-60 nm) allows a sufficient diameter reduction for the attainment of a single molecule sensing dimension and selective activation, without the need for further material deposition, such as metal or oxides, or localized surface modification. The results indicate that it will be possible, in the near future, to conceive and design devices for parallel analysis of biological samples made of arrays of nanopores differently functionalized, fabricated by standard lithographic techniques, with important applications in the field of molecular diagnosis.