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
葡萄糖（glucose, Glu）；样品基质为 0.1 M KCl 的 PBS 缓冲溶液（pH 7.38 或 4.49）
检测原理
该传感器以单纳米通道为换能器，通道内壁共价固定 3-氨基苯硼酸。葡萄糖进入通道后，其 1,2- 和 5,6-位顺式二醇与相邻两个硼酸基团形成 1:2 可逆环酯。该复合物产生空间位阻并屏蔽硼酸单元的表面负电荷，使通道内表面电荷密度降低，跨膜离子电流下降，整流比 R* 随葡萄糖浓度增加而变化。在 10^-4–10 mM 范围内，C/R* 与 C 呈线性，符合 Langmuir 吸附模型。pH 门控利用硼酸酯的 pH 依赖性：pH 7.38 时环酯形成，通道呈低电流“关”态；pH 4.49 时环酯水解、葡萄糖解离，硼酸重新暴露，回到 pH 7.38 后电流恢复为“开”态。系统无外源标记放大，主要依赖单通道表面电荷屏蔽和整流比读出。
检测灵敏度
线性范围: 10^-4–10 mM；线性方程: C/R* = 63.41037 + 3.03343 C；r^2 = 0.99462
效应效果
该通道对葡萄糖具有选择性：1 mM 葡萄糖使跨膜离子电流显著下降，而 1 mM 甘露糖、木糖、半乳糖仅引起轻微变化；在 1 mM 抗坏血酸、甘氨酸、尿素存在下无响应，抗干扰能力良好。pH 7.38 与 4.49 之间可逆切换，多次循环后传感信号无明显损失，表现出良好可逆性和稳定性。葡萄糖浓度 10^-4–10 mM 内 C/R* 线性，r^2 = 0.99462。作者认为该平台可用于模拟生物离子通道门控功能，并在环境刺激控制下实现葡萄糖识别，具有仿生传感应用潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，Hostaphan RN12）单纳米通道膜，经化学刻蚀形成锥形通道，大端约600 nm、小端14–23 nm，提供离子传输路径并作为离子电流换能器。
- 表面官能团：化学刻蚀在通道内壁产生的羧基（–COO−），作为共价连接位点并赋予通道负电荷整流特性。
- 交联剂：EDC/NHSS，活化羧基并与 3-氨基苯硼酸的氨基形成酰胺键，实现识别元件固定。
- 识别元件：3-氨基苯硼酸（3-ABBA），共价修饰于通道内壁，通过苯硼酸与葡萄糖顺式二醇形成可逆环酯，实现葡萄糖识别。
- 信号标记物：无外源标记物；葡萄糖结合本身改变通道表面电荷与空间位阻，作为内禀信号变化。
- 缓冲/电解质：0.1 M KCl 溶于 0.1 M PBS（pH 7.38 或 4.49），提供离子电流介质并调节硼酸酯形成/水解。
- 读出：跨膜离子电流与整流比 R*（+2 V 与 -2 V 电流比），由电化学方法测量，反映通道开关状态。
中文摘要
葡萄糖代谢异常是糖尿病等疾病的重要信号，生物体常利用 pH 调控离子跨膜运输。受此启发，作者以含单离子轨道的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）膜经化学刻蚀制备锥形单纳米通道，通道内壁生成羧基，并通过 EDC/NHSS 交联反应固定 3-氨基苯硼酸（3-ABBA）。在 0.1 M KCl/PBS 体系中，利用跨膜离子电流监测通道状态。pH 7.38 时，葡萄糖与相邻硼酸基团形成 1:2 环酯，屏蔽通道表面负电荷，使电流降低呈“关”态；pH 4.49 时环酯水解、葡萄糖解离，硼酸重新暴露，回到 pH 7.38 后电流恢复呈“开”态。该通道对葡萄糖具有选择性，甘露糖、木糖、半乳糖及抗坏血酸、甘氨酸、尿素等干扰物不引起明显响应，并可在不同 pH 间可逆切换，为模拟生物离子通道门控和葡萄糖识别提供新平台。
英文摘要
The development of pH gated glucose (Glu) biosensor is of great significance to human health. Herein, we have designed a pH gated Glu responsive biomimetic nanochannel, modified with 3-aminobenzeneboronic acid. The Glu responsive property can be regulated by pH which can switch nanochannels from the "on" to "off" state.