组成图示
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传感器类型
场效应晶体管(FET)生物传感器
检测对象
皮质醇（cortisol）；样品基质：磷酸盐缓冲液、人工唾液（10倍稀释）
检测原理
该传感器采用置换型无标记免疫检测。SWNT 桥接金源漏电极形成化学电阻通道；PMA 通过 π-π 堆积非共价吸附于 SWNT，cortisol-NHS 与 PMA 氨基共价连接形成固定皮质醇类似物，抗皮质醇单克隆抗体再连接至类似物并饱和占据位点。样品中游离皮质醇与固定类似物竞争结合抗体，使大分子抗体从 SWNT 表面置换下来。抗体移除改变 SWNT 表面电荷、散射势和肖特基势垒，进而改变空穴载流子密度/迁移率，导致源漏电阻下降、电导上升。信号以归一化电阻变化 [(R−Rt)/(Rab−Rt)] 读出，随皮质醇浓度升高而增大，实现无标记定量。
检测灵敏度
LOD: 0.11 pg/ml（磷酸盐缓冲液）；LOD: 1 pg/ml（人工唾液）；线性范围: 1 pg/ml–10 ng/ml（磷酸盐缓冲液与人工唾液）；动态范围: 1 pg/ml–1000 ng/ml；灵敏度: 14.9 (ng/ml)^-1（磷酸盐缓冲液，R^2 = 0.89）；灵敏度: 13.97 (ng/ml)^-1（人工唾液）
效应效果
传感器对结构类似甾体 21-羟孕酮在 1 pg/ml–1 μg/ml 范围内无响应，负控响应接近零，选择性良好。荧光成像证实抗体特异性连接，2 μg/ml 皮质醇使荧光下降约 50%，PBS 仅轻微下降，验证置换机制。重现性方面，磷酸盐缓冲液中 11 个电极两批 RSD 为 1.2–2.3%，人工唾液中 6 个电极 RSD 为 1.3–3.9%。未处理人工唾液因黏蛋白非特异吸附导致响应失败，MCH 封闭后成功检测。无标记 LOD 1 pg/ml 优于 RIA 200 pg/ml、FIA 192 pg/ml、ELISA 30 pg/ml、SPR 10 ng/ml 或 46 pg/ml、安培 275 pg/ml，与 EIS 0.36 pg/ml 相当，低于健康人约 1 ng/ml，适合现场快速检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：高掺杂 p 型 Si 晶圆，CVD SiO2 100 nm，光刻/电子束蒸发 Cr 20 nm 粘附层与 Au 180 nm 金微电极，作为源漏电极与信号换能基底
- 纳米材料修饰层：单壁碳纳米管 SWNT（P3-SWNT，高羧基化）经 DMF 超声分散，交流介电泳对齐于金电极间隙，300°C 退火固定，形成化学电阻通道
- 非共价连接层：1-芘甲基胺盐酸盐 PMA 在 DMF 中 6 mM 孵育，通过 π-π 堆积非共价吸附于 SWNT，提供氨基用于共价偶联并调制载流子
- 识别/捕获类似物层：皮质醇-3-CMO-NHS 酯（cortisol-NHS）1 mg/ml 碳酸氢盐缓冲液 pH9 共价连接 PMA 氨基，作为固定抗原类似物
- 封闭/减非特异层：0.1% Tween 20 孵育，减少生物分子非特异吸附
- 识别元件：抗皮质醇单克隆抗体 50 μg/ml PB 过夜连接 cortisol-NHS，形成饱和抗体层
- 封闭/抗基质层：2 mM 巯基己醇 MCH 在 PB 中 30 min，封闭金电极上黏蛋白非特异吸附
中文摘要
唾液皮质醇是反映下丘脑-垂体-肾上腺轴应激反应的重要生物标志物，但现有免疫分析多依赖中心实验室，存在样本采集、运输、储存和分析流程繁琐等问题。为实现使用点快速检测，本文报道了一种基于单壁碳纳米管（SWNT）化学电阻换能器的超灵敏、无标记免疫传感器。SWNT 经 1-芘甲基胺（PMA）非共价功能化后，与皮质醇类似物 cortisol-3-CMO-NHS 酯共价连接，再连接单克隆抗皮质醇抗体。当磷酸盐缓冲液或含不同浓度皮质醇的人工唾液加入时，游离皮质醇置换表面抗体，引起纳米管-生物分子杂化体系电阻/电导下降。该传感器检测限达 1 pg/ml，并对结构类似甾体如 21-羟孕酮表现出优异选择性，为临床和研究中唾液皮质醇的快速、无标记检测提供了可行平台。
英文摘要
Salivary cortisol is commonly used as a bioindicator of the psychobiologic response to environmental and psychological stressors. Current analytical approaches rely on immunoassays performed at distant, centralized laboratories and involve an elaborate specimen collection-processing-transportation-storage-analysis-reporting cycle. To facilitate point-of-use measurement of salivary cortisol levels, we describe the development and proof-of-concept testing of an ultrasensitive, label-free immunosensor based on a single-walled, carbon nanotube-based chemiresistive transducer. Carbon nanotubes were functionalized with a cortisol analog [cortisol-3-CMO-NHS ester] and a monoclonal anti-cortisol antibody was ligated to this receptor. Addition of phosphate buffer as well as artificial saliva spiked with varying cortisol concentrations displaced the anti-cortisol antibody producing corresponding decreases in the resistance/conductance of the nanotube-biomolecule hybrid. The immunosensor demonstrated an ultralow detection limit of 1 pg/ml and excellent binding selectivity for cortisol even in the presence of structurally similar steroids such as 21-hydroprogesterone. The nanotube immunosensor offers attractive prospects for the development of highly sensitive biosensor for rapid, label-free measurement of salivary cortisol in a variety of clinical and research settings.