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
RecA蛋白（RecA）介导的ssDNA（单链DNA）结合与dATP水解早期同源重组事件、SsbA蛋白（SsbA）竞争结合；样品基质：生物缓冲液（Buffer A，微流控溶液）
检测原理
该传感器为背栅硅纳米线场效应晶体管，SiNW为n型通道。生物分子反应发生在纳米线-水界面：RecA结合dATP和ssDNA形成RecA·ssDNA丝，dATP水解生成dADP和Pi，使界面负磷酸电荷减少，等效正电荷增加。界面电荷作为有效栅压，增加SiNW内电子密度，降低电阻；SsbA预结合ssDNA会抑制RecA装载和dATPase活性，改变电荷环境并产生不同电阻响应。SAM固定RecA提高局部浓度，增强响应。无标记、无酶放大，依靠纳米线高表面体积比和窄通道实现约250个复合物引起3.5%电阻变化。
检测灵敏度
相对电阻变化: 3.5%（对应约250个RecA·ssDNA复合物）；典型误差: ±0.3%；灵敏度极限: 约20个电子
效应效果
器件可区分RecA与ssDNA结合形成RecA·ssDNA丝，以及SsbA竞争抑制RecA装载两种状态，体现选择性。冲洗后电阻几乎恢复初始值，表明检测过程不显著改变SiNW电子结构，具有可逆性。重复测量典型误差为±0.3%，约250个RecA·ssDNA复合物引起3.5%相对电阻变化，灵敏度极限约20个电子。SAM功能化后响应增强，且RecA ATPase活性与野生型相似；ToF-SIMS、XPS、AFM和接触角证实蛋白固定。作者认为该无标记纳米电子传感器可用于实时监测同源重组早期分子事件。
传感器的构成
- 基底/换能器：SOI硅基底（silicon-on-insulator, SOI，57 nm Si活性层/151 nm埋氧层）与磷掺杂n+硅纳米线（SiNW）晶体管，Cr-Au源漏接触，背面栅极，用于I-V/电阻读出
- 绝缘/栅介质：局部氧化SiO2掩膜及埋氧层，形成栅-绝缘体-纳米线界面，使界面电荷调制SiNW载流子
- 微流控层：PDMS（Sylgard-184）微流控腔，20 μm宽×3 μm高，O2等离子亲水化，用于输送分析物溶液
- 表面功能化层：胺端自组装单分子层（SAM），N-(1-trimethoxysilylpropyl)ethylenediamine，通过氨基与RecA表面氨基酸残基结合固定蛋白
- 识别元件：B. subtilis RecA蛋白，结合ssDNA与dATP，形成RecA·ssDNA丝并催化dATP水解
- 信号标记物：无标记（label-free），dATP水解产生的dADP/Pi改变界面电荷，作为电学信号源
- 缓冲体系：Buffer A（Tris-HCl 50 mM、NaCl 40 mM、Mg(OAc)2 10 mM、DTT 1 mM、BSA 50 μg/mL），维持pH 7并提供反应离子
中文摘要
本文报道了一种基于硅纳米线晶体管的无标记生物传感器，用于超灵敏检测 RecA 蛋白介导的重组 DNA 修复早期阶段。硅纳米线晶体管通过原子力显微镜氧化纳米光刻制备，并集成到微流控环境中。传感器通过监测纳米线电阻随生物分子反应进行而发生的变化来工作，能够检测和区分 RecA 与单链 DNA 丝在纳米线-水界面上结合过程中的多个步骤。实验显示，约 250 个 RecA·单链 DNA 复合物的相互作用即可引起 3.5% 的相对电阻变化。光谱数据证实蛋白-DNA 复合物存在于功能化硅表面。该器件为实时、无标记监测同源重组早期分子事件提供了纳米电子学方法。
英文摘要
A silicon nanowire-based biosensor has been designed and applied for label-free and ultrasensitive detection of the early stage of recombinational DNA repair by RecA protein. Silicon nanowires transistors were fabricated by atomic force microscopy nanolithography and integrated into a microfluidic environment. The sensor operates by measuring the changes in the resistance of the nanowire as the biomolecular reactions proceed. We show that the nanoelectronic sensor can detect and differentiate several steps in the binding of RecA to a single-stranded DNA filament taking place on the nanowire-aqueous interface. We report relative changes in the resistance of 3.5% which are related to the interaction of 250 RecA·single-stranded DNA complexes. Spectroscopy data confirm the presence of the protein-DNA complexes on the functionalized silicon surfaces.