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
己醛（hexanal）；样品基质：含Ca2+ PBS溶液、变质牛奶（spoiled milk，1:100稀释）
检测原理
己醛与固定在CNT-FET通道上的犬嗅觉纳米囊泡膜受体cfOR5269特异性结合，触发囊泡内嗅觉信号通路：G蛋白激活腺苷酸环化酶，经cAMP途径打开Ca2+通道，使外部Ca2+内流进入囊泡。囊泡内积累的Ca2+在邻近CNT区域形成正栅极电位；由于CNT通道在环境条件下呈p型特性，正电位使通道电导下降。源漏电极施加30 mV、31 Hz交流电压，锁相放大器测量电流/电导变化。低浓度下响应近似与己醛浓度成正比，高浓度按Langmuir等温线饱和，平衡常数K为5.0×10^10 M^-1；无Ca2+或无cfOR5269时无响应。
检测灵敏度
LOD: 1 fM；浓度响应: 10 fM–10 mM；饱和浓度: 1 nM；K: 5.0 × 10^10 M^-1
效应效果
该传感器在实时条件下可检测1 fM己醛，选择性优异：1 pM己醛引起明显电导下降，而1 nM戊醛、庚醛、辛醛和己醇均无响应，可区分仅差一个碳原子的类似物。5个OCB器件的响应曲线具有一致性（n=5）。含OR纳米囊泡器件对1:100稀释变质牛奶产生响应，2天变质牛奶即可测得，且随变质天数增加而增强；无OR囊泡及裸CNT对照无响应。纳米囊泡可-70 ℃长期保存，但组装后OCB不宜超过1天。作者认为该平台可用于食品质量快速现场评估、便携式生物电子鼻及肺癌筛查。
传感器的构成
- 基底与换能器：SiO2基底经OTS图案化，CNTs选择性吸附于裸露SiO2区域形成CNT-FET通道，Ti(10 nm)/Au(20 nm)电极作源漏，DNR光刻胶绝缘保护。
- 修饰层：0.1 mg mL-1 poly-D-lysine (PDL) 修饰CNT通道，增强嗅觉纳米囊泡吸附。
- 识别元件：犬嗅觉纳米囊泡（canine olfactory nanovesicles），由表达cfOR5269的HEK-293细胞经cytochalasin B处理产生，固定于PDL修饰的CNT通道上。
- 识别受体：cfOR5269（犬嗅觉受体），位于纳米囊泡膜上，特异性结合己醛；pIRES质粒编码influenza virus leader peptide和cMyc tag辅助膜定位与检测。
- 信号转导元件：囊泡内G蛋白、adenylyl cyclases、cAMP及Ca2+通道通路，将受体结合事件转化为Ca2+内流。
- 电解质环境：含Ca2+ PBS（140 mM NaCl、8 mM Na2HPO4、1.5 mM KH2PO4、0.5 mM MgCl2、1 mM CaCl2），提供Ca2+内流介质。
- 信号读出：交流锁相放大器测量源漏电流/电导变化，30 mV、31 Hz交流激励。
中文摘要
本文报道了一种基于犬嗅觉纳米囊泡与碳纳米管杂化结构的生物电子传感器（OCB），用于快速评估食品质量。该传感器将表达犬嗅觉受体cfOR5269的纳米囊泡固定于碳纳米管场效应晶体管通道上，模拟犬鼻对气味分子的识别与信号转导过程。当食品氧化指标物己醛与cfOR5269结合后，纳米囊泡内G蛋白-cAMP-钙离子信号通路被激活，钙离子内流在碳纳米管附近形成正栅极电位，使p型碳纳米管通道电导下降，从而通过交流锁相放大器实时读出信号。该传感器可在实时条件下检测低至1 fM的己醛，并能有效区分戊醛、庚醛、辛醛等结构类似物。作者进一步在未预处理变质牛奶中检测到己醛，表明该平台可用于食品质量的快速现场评估，并有望发展为便携式生物电子鼻及疾病筛查工具。
英文摘要
We developed an olfactory-nanovesicle-fused carbon-nanotube-transistor biosensor (OCB) that mimics the responses of a canine nose for the sensitive and selective detection of hexanal, an indicator of the oxidation of food. OCBs allowed us to detect hexanal down to 1 fM concentration in real-time. Significantly, we demonstrated the detection of hexanal with an excellent selectivity capable of discriminating hexanal from analogous compounds such as pentanal, heptanal, and octanal. Furthermore, we successfully detected hexanal in spoiled milk without any pretreatment processes. Considering these results, our sensor platform should offer a new method for the assessment of food quality and contribute to the development of portable sensing devices.