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
钾离子（K+，potassium ion）；另对Li+、Na+、Cs+进行选择性测试；样品基质：Tris缓冲液（离子标定）和无Na+的NMG缓冲液（细胞培养/刺激）。
检测原理
VAL-PVC/SiNW-FET以含缬氨霉素（VAL）的PVC离子选择性膜作为识别层。K+进入PVC膜后与VAL特异性结合；靠近SiNW表面约10 nm内的结合电荷在SiO2/Si界面形成电场，调制n型SiNW-FET沟道载流子浓度，使源漏电导G随K+浓度升高而增大。器件在Vsd=30 mV、背栅零偏下，用Ag/AgCl溶液门接地读取ΔG。细胞实验中，尼古丁激活嗜铬细胞膜上的烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR），在无Na+的NMG缓冲液中诱导K+外流；外流K+被VAL捕获并转换为电导信号，从而实时监测细胞表面K+浓度。
检测灵敏度
LOD: 1 μM；检测范围: 10^-6–10^-2 M；表观结合常数 Ka: Li+ 67±42 M^-1, Na+ 120±23 M^-1, K+ 5974±115 M^-1, Cs+ 4121±140 M^-1。
效应效果
该传感器对K+和Cs+响应显著，对Na+和Li+响应弱；在10 mM时相对电导变化ΔG%分别为K+ 5.68±0.68%、Cs+ 4.95±0.33%、Na+ 0.48±0.13%、Li+ 0.32±0.08%，显示K+选择性。嗜铬细胞可稳定粘附于PLL修饰器件，尼古丁刺激下电导随剂量升高，5 mM尼古丁时细胞表面K+约20 μM。无细胞时尼古丁不引起明显ΔG；六甲溴铵（HB）预处理使10 nM和100 μM下归一化ΔG分别降至84±5%和64±4%，证明信号来自nAChR介导的K+外流。作者认为该器件适合细胞记录研究。
传感器的构成
- 基底/换能器：SOI晶圆，50 nm n型单晶硅器件层与400 nm BOX层，Ni/Au接触焊盘和背面Ni/Au背栅，构成SiNW-FET。
- 绝缘层：热氧化SiO2层，覆盖SiNW，防止电荷转移和漏电。
- 离子选择性膜：PVC膜，含VAL、四(4-氯苯基)硼酸钾和双(1-丁基戊基)己二酸酯，厚度8.4±1.1 μm，选择性结合K+。
- 识别元件：缬氨霉素（VAL），嵌入PVC膜中，与K+形成络合物。
- 细胞粘附层：聚-L-赖氨酸（PLL），涂覆于器件表面，促进嗜铬细胞粘附培养。
- 微流控/储液结构：PDMS微流控通道或储液腔，引导Tris/NMG缓冲液接触器件。
- 溶液门电极：Ag/AgCl电极，接地作为溶液门，降低测量噪声。
中文摘要
本研究将含缬氨霉素（VAL）的聚氯乙烯（PVC）膜涂覆于硅纳米线场效应晶体管（SiNW-FET）表面，构建VAL-PVC/SiNW-FET生物传感器，用于检测活体嗜铬细胞释放的钾离子（K+）。该传感器对K+的检测灵敏度覆盖10^-6至10^-2 mol/L的宽浓度范围。在Tris缓冲液中，VAL与Li+、Na+、K+和Cs+的表观结合常数分别为67±42、120±23、5974±115和4121±140 M^-1。将嗜铬细胞培养于传感器表面后，在无Na+的浴液中用尼古丁刺激可显著增加器件电导；在5 mM尼古丁刺激下，细胞表面K+浓度约为20 μM。结果表明，VAL-PVC/SiNW-FET对细胞释放的K+具有良好敏感性和选择性，适用于细胞记录研究。
英文摘要
A silicon nanowire field-effect transistor (SiNW-FET) coated with a polyvinyl chloride (PVC) membrane containing valinomycin (VAL) was employed as a biosensor (referred to as VAL-PVC/SiNW-FET) to detect the K(+)-efflux from live chromaffin cells. The detection sensitivity of K(+) with the VAL-PVC/SiNW-FET covers a broad range of concentrations from 10(-6) to 10(-2) M. The apparent association constants between VAL and Li(+), Na(+), K(+), and Cs(+) in Tris buffer solution were determined to be 67±42, 120±23, 5974±115, and 4121±140 M(-1), respectively. By culturing chromaffin cells on the VAL-PVC/SiNW-FET, the conductance was significantly increased by nicotine stimulation in a bath buffer without Na(+). The K(+) concentration at the cell surface was determined to be ~20 μM under the stimulation of 5 mM nicotine. These results demonstrate that the VAL-PVC/SiNW-FET is sensitive and selective to detect the released K(+) from cells and is suitable for applications in cellular recording investigations.