组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
人绒毛膜促性腺激素游离β亚基（human chorionic gonadotropin beta subunit, hCGβ）；样品基质：PBS 中重组 hCGβ（临床目标为血清/尿液）
检测原理
该传感器采用无标记阻抗谱检测。金微带电极表面先形成 DTSP 自组装单分子层，再共价连接重组蛋白G，使抗 hCGβ 单克隆抗体通过 Fc 区定向固定，Fab 区暴露于 PBS 中。当 hCGβ 与抗体结合后，电极/溶液界面的双电层结构、电荷转移过程和界面弛豫特性发生改变，导致电荷转移电阻、双电层电容及低频扩散相关阻抗发生变化。仪器在 1 kHz–1 MHz 施加 5 mV 小交流信号，测量阻抗实部、虚部和模；抗原结合通常使界面阻抗增大，归一化阻抗模变化随之增大。作者用 Randles 等效电路、CPE 和 Warburg 元件拟合各层，以区分 SAM、蛋白G、抗体和抗原结合引起的界面响应；本文未建立定量浓度校准。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或检测相关系数
效应效果
本文为初步研究，未报告选择性、抗干扰、重现性（RSD）、实际样品加标回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。主要表现是各构建层在阻抗谱中可区分：SAM 与 SAM+蛋白G 的最大归一化阻抗模变化为 12.5%，出现在约 9 kHz；无蛋白G传感器加入 250 ng/mL hCGβ 后，阻抗实部由 52–110 Ω 增至 108–308 Ω，虚部最大值由 -25.8 Ω 变为 -225 Ω，归一化阻抗模变化为 50%–350%。5、10、15 mV 激励下趋势一致，说明响应与信号幅度基本无关。作者认为该结构可检测 hCGβ，但需优化电极阵列并采用 FEM 建模提高灵敏度，后续将研究敏感性与特异性。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：p型掺杂硅衬底（350 µm）、氧氮化硅钝化层（200 nm）、Ti 粘附层（2 mm×10 µm×10 nm）与金微带电极（2 mm×10 µm×250 nm，活性区1 mm×1 mm），作为工作/对/参比电极并承载阻抗换能
- 自组装单分子层（SAM）：双烷基二硫醚 DTSP（dithiobis succinimidyl propionate，10 mM DMSO）通过解离化学吸附于金表面，提供反应性位点用于共价连接蛋白G
- 蛋白G层：重组蛋白G（recombinant protein G，0.5 µg/mL）与 DTSP SAM 共价结合，定向固定抗体 Fc 区
- 识别元件：抗 hCGβ 单克隆抗体 McAb anti-hCGb4（100 µg/mL PBS），通过 Fc 区结合蛋白G，Fab 区朝向溶液捕获 hCGβ
- 捕获界面：重组 hCGβ（250 ng/mL PBS）与抗体结合形成抗原-抗体复合物，改变电极界面电学特性
- 缓冲介质：PBS（pH 7.4），水化传感器、维持生理条件并提供离子导电通路
- 信号读出：Solartron 1260 阻抗/增益-相位分析仪，施加 5 mV 交流信号（1 kHz–1 MHz），测量阻抗实部、虚部与模
中文摘要
人绒毛膜促性腺激素游离β亚基（hCGβ）在妊娠监测、胎儿健康评估以及妊娠滋养细胞疾病、生殖细胞肿瘤和部分妇科/上皮肿瘤标志物中具有重要价值。本文报道了一种基于生物阻抗谱的电化学 hCGβ 传感器开发前期研究。作者使用商用金微带电极，在金表面构建自组装单分子层（SAM），并进一步引入重组蛋白G层，以定向固定抗 hCGβ 单克隆抗体，使抗体 Fab 区朝向溶液用于捕获 hCGβ。研究在 1 kHz–1 MHz 范围内进行阻抗谱测量，并针对 SAM 和 SAM+蛋白G 两个构建阶段建立 Randles 等效电路及含 CPE/Warburg 的电路模型。结果表明不同界面层在特定频段可被区分，蛋白G层的引入改变了低频阻抗行为。无蛋白G传感器在加入 hCGβ 后阻抗发生显著变化，归一化阻抗模变化达 50%–350%，初步提示该传感器可用于 hCGβ 检测。
英文摘要
The free beta subunit of human-chorionic-gonadotropin (hCGbeta) is critical for various aspects of human health. Detection and quantification of this protein are essential during pregnancy as it provides clinicians valuable information regarding the progress of a pregnancy and the health of a foetus. Furthermore, it can be used as a biomarker for gestational trophoblastic disease (GTD), germ cell tumours and some non-trophoblastic gynaecological cancers and common epithelial tumours. Monitoring hCGbeta levels is particularly important for patient treatment monitoring and relapse detection especially in GTD. This paper presents an investigation of the characteristics of the first two stages necessary for the development of a bio-impedance hCGbeta sensor, using impedance spectroscopy and commercially available microelectrodes. Additionally, electrical equivalent circuit models based on the experimental results of these stages are presented. The biosensor is based on the formation of stable antibody-antigen complexes on golden microband electrodes covered with a layer of a self-assembled monolayer (SAM) or with both SAM and protein G. The preliminary results and analysis relate the interfacial processes and physical structure of the sensor to its electrical behaviour. Finally, preliminary results obtained from the sensor without protein G, which strongly indicate hCGbeta detection, are also presented.