组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
场效应晶体管(FET)生物传感器
检测对象
H5N2禽流感病毒（H5N2 avian influenza virus, AIV）；样品基质：1×PBS稀释的尿囊液病毒悬液
检测原理
mAbH5通过SPDP引入的吡啶二硫基与MPTMS修饰的p型SiNW-FET形成二硫键，定向固定于纳米线表面。当H5N2 AIV进入PDMS微流控通道并与mAbH5特异性结合后，病毒颗粒在pH 7.4下带负电荷（pI约3.2），在SiNW表面形成局部静电场，对p型SiNW产生门控效应，使源漏电导增加。病毒浓度越高，结合到纳米线表面的病毒颗粒越多，界面负电荷密度越大，电导变化越显著；在极低浓度下，病毒需经扩散和对流到达识别表面，因此响应时间较长。检测在Vsd=30 mV、Ag/AgCl溶液门接地条件下实时读取电导，无需外源标记。DTT可还原二硫键，去除AIV–mAbH5复合物并再生传感器。
检测灵敏度
检测范围: 10^-12–10^-17 M；最低检测浓度: 10^4 AIV/mL（约1.6×10^-17 M）；S/N: 18
效应效果
该传感器表现出良好选择性与可重复性：裸SiNW-FET对H5N2 AIV无明显电导变化；mAbH5/SiNW-FET对H6N1 AIV（10^8 AIV/mL）无明显响应，而对H5N2 AIV（10^7 AIV/mL）电导显著增加；继续加入10^8 AIV/mL仅轻微变化，提示结合位点饱和。可逆功能化经电学测量验证可重复3个循环，MPTMS/SiNW-FET可重复使用20次以上，mAbH5/SiNW-FET可重复使用5次以上。对10^4 AIV/mL（约1.6×10^-17 M）极低浓度样品，经超过40 min后获得S/N=18的信号，AFM证实仅少量约120 nm病毒颗粒结合。作者认为该可复用SiNW-FET可用于病毒、蛋白、DNA、小分子及癌症标志物的高通量快速筛查。
传感器的构成
- 基底/换能器：p型硅纳米线场效应晶体管（SiNW-FET），含源/漏电极与Ag/AgCl溶液门，提供电导换能
- 微流控通道：PDMS微流控通道，耦合SiNW-FET阵列并引导样品与缓冲液流动
- 修饰层：3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）自组装层，提供巯基用于二硫键连接
- 连接/识别元件：抗H5N2禽流感病毒单克隆抗体（mAbH5），经N-琥珀酰亚胺基-3-(2-吡啶二硫基)丙酸酯（SPDP）活化后通过二硫键固定，特异性识别病毒
- 再生试剂：500 mM二硫苏糖醇（DTT）/1×PBS，还原二硫键并去除AIV–mAbH5复合物，实现传感器复用
中文摘要
本研究将可重复使用的硅纳米线场效应晶体管（SiNW-FET）作为生物传感器，用于在极稀溶液中超灵敏检测H5N2禽流感病毒（AIV）。通过二硫键连接实现SiNW-FET表面的可逆功能化：首先将3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）修饰到SiNW-FET表面形成MPTMS/SiNW-FET，并用二硫苏糖醇（DTT）洗涤以还原MPTMS巯基之间可能形成的二硫键；随后受体分子可通过形成二硫键固定于MPTMS/SiNW-FET表面。荧光观察和电学测量验证了可逆表面功能化的成功。以抗H5N2病毒单克隆抗体（mAbH5）修饰的SiNW-FET（mAbH5/SiNW-FET）在检测约10^-17 M H5N2 AIV后，经原子力显微镜表面形貌扫描，证明该SiNW-FET能够检测极少量H5N2 AIV颗粒。
英文摘要
We have applied a reusable silicon nanowire field-effect transistor (SiNW-FET) as a biosensor to conduct ultrasensitive detection of H5N2 avian influenza virus (AIV) in very dilute solution. The reversible surface functionalization of SiNW-FET was made possible using a disulfide linker. In the surface functionalization, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) was first modified on the SiNW-FET (referred to as MPTMS/SiNW-FET), with subsequent dithiothreitol washing to reduce any possible disulfide bonding between the thiol groups of MPTMS. Subsequently, receptor molecules could be immobilized on the MPTMS/SiNW-FET by the formation of a disulfide bond. The success of the reversible surface functionalization was verified with fluorescence examination and electrical measurements. A surface topograph of the SiNW-FET biosensor modified with a monoclonal antibody against H5N2 virus (referred to as mAb(H5)/SiNW-FET) after detecting approximately 10(-17) M H5N2 AIVs was scanned by atomic force microscopy to demonstrate that the SiNW-FET is capable of detecting very few H5N2 AIV particles.