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
HIV-1 gp41融合抑制剂（HIV-1 gp41 fusion inhibitors），包括C18-Aib肽、ADS-J1、11{6,11}、11{3,5}等；样品基质：25 mM Tris-acetate/100 mM NaCl缓冲液（pH 7.0）
检测原理
传感器以金表面固定的带正电[Fe(envC)3]2+金属肽卷曲螺旋为人工离子通道。该金属肽由gp41 N端七肽重复模拟物经Fe2+与联吡啶基团配位形成三聚体，表面正电荷吸引负电荷氧化还原探针[Fe(CN)6]3-/4-。探针离子在相邻金属肽之间的孔道中穿梭，并在电极表面发生氧化还原，循环伏安产生阴极峰电流。当gp41融合抑制剂结合到卷曲螺旋中部的疏水口袋时，会物理阻断孔道并中和部分表面正电荷，降低标记离子在界面的积累，使电流下降。分析物浓度越高或结合越强，电流抑制越明显，因此可通过Δip/ip0直接无标记检测结合事件。负电荷分析物还通过静电作用增强表观亲和力。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或R^2；IC50: C18-Aib 0.38 ± 0.05 µM；ADS-J1 0.032 ± 0.008 µM；11{6,11} 0.31 ± 0.10 µM；11{3,5} 0.66 ± 0.14 µM；C18-Scr > 10 µM；可检测浓度: 10 – 1000 nM
效应效果
传感器对特异性结合物选择性良好：C18-Aib、ADS-J1、11{6,11}和11{3,5}均引起电流下降，C16-Scr、C16-Ala和12{7,6,4}基本无响应；C18-Scr仅在>5 µM时出现非特异结合。30 nM ADS-J1与0.125% SDS再生8次，响应稳定，有分析物时阴极峰电流48 ± 3 µA，再生后64 ± 5 µA；4°C及0–0.5 V扫描稳定。与荧光法相比，ICS的IC50通常低于KI 2–3倍，ADS-J1低约10倍，并可检测10–1000 nM，互补荧光法10–100 µM KI范围；SPR测得Kd约10 µM和4 µM，但小分子定量受限。作者认为适合低分子融合抑制剂筛选，并可扩展至其他I类病毒融合域。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：镀金石英晶体（Au-coated quartz crystal），作为工作电极并提供导电界面
- 自组装单分子层：11-巯基十二烷酸（11-MUA）与6-巯基-1-己醇（6-MH）1:1混合SAM，提供羧基锚定点并降低非特异疏水结合
- 活化偶联层：EDC/NHS活化羧基，PDEA（2-(2-pyridinyldithio)ethane amine hydrochloride）引入反应性二硫键，用于共价固定肽
- 识别元件：[Fe(envC)3]2+金属肽三聚体，gp41 N端卷曲螺旋模拟物，含疏水口袋并作为人工离子通道
- 封闭/重建层：L-半胱氨酸（L-cysteine）封闭未反应二硫键；硫酸亚铁铵（Fe(NH4)2(SO4)2）洗涤补充Fe2+，稳定正电荷金属肽复合物
- 信号标记物：K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6氧化还原探针，负电荷标记离子在通道中穿梭产生电流
- 读出介质：25 mM Tris-acetate/100 mM NaCl缓冲液（pH 7.0），维持离子通道与电化学测量环境
中文摘要
本文报道一种用于无标记检测人类免疫缺陷病毒1型（HIV-1）gp41抑制剂的人工离子通道生物传感器。gp41是介导病毒与宿主细胞膜融合的跨膜糖蛋白；其N端卷曲螺旋域在融合过程中暴露，并与三条反平行C端七肽重复螺旋形成六螺旋束。能够结合gp41卷曲螺旋并阻止六螺旋束形成的化合物具有抑制病毒融合的治疗潜力。作者将带正电的金属肽模拟物固定于金电极表面，该模拟物包含gp41卷曲螺旋片段及可结合小分子的疏水口袋，并通过Fe2+与N端联吡啶基团配位稳定三聚体结构。在负电荷氧化还原标记离子存在下，固定层形成人工离子通道并传导电流；循环伏安测得的电化学信号可被特异性结合到卷曲螺旋的分析物所调制。该传感器能够选择性检测纳摩尔量级的结合肽和小分子，为gp41结合事件提供了无标记、直接检测的电化学方法。
英文摘要
An ion channel biosensor is described for label-free detection of inhibitors which bind to the coiled coil domain of human immunodeficiency virus type 1 gp41. gp41 is the viral transmembrane glycoprotein responsible for fusion between HIV-1 and host cells. The N-terminal coiled coil domain binds three antiparallel C-heptad repeat peptides in the six helix bundle structure of trimeric gp41 that forms during fusion. Compounds able to prevent six-helix bundle formation by binding to the gp41 coiled coil could inhibit fusion and have important therapeutic potential. We have immobilized on gold a positively charged metallopeptide mimic of a section of the gp41 coiled coil containing a hydrophobic pocket suitable for small molecule binding. We demonstrate that the resulting sensor is able to transmit a current in the presence of negatively charged redox marker ions, therefore acting as an artificial ion channel. The electrochemical signal, measured by cyclic voltammetry, was modulated by specific analyte binding to the coiled coil. Nanomolar quantities of peptides and small molecules that bind in the hydrophobic pocket could be selectively detected, providing a method for label-free detection of binding to gp41.