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
抗NANP单克隆抗体Sp3E9（anti-NANP antibody Sp3E9）、大肠杆菌毒素Colicin N（colicin N）；样品基质：磷酸盐/KCl缓冲液（含48 mM octylglucoside的去垢剂缓冲液或去垢剂稀释后的水相）
检测原理
金电极表面先自组装含–SH端和亲水间隔基的硫脂，再形成磷脂双层，得到高绝缘固定膜。膜在等效电路中表现为电容CM与电阻RM并联，开放离子通道（SLIC或OmpF）提供跨膜离子泄漏，使RM降低。当靶标分子（抗NANP抗体Sp3E9或Colicin N）与通道外膜识别序列结合时，诱导通道门控关闭，离子泄漏减少，RM随靶标浓度剂量响应升高。通过交流阻抗谱在低频平台测量实部阻抗Zr，即可读出RM变化；微电极降低杂散电容，使吉欧级膜电阻可在数Hz频率下以秒级时间分辨率监测。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
固定膜在50 μm金微电极上呈约10 GΩ电阻，膜电容1.05±0.20 μF/cm2（18次）；1 mm电极优化后可达2×10^8 Ω。微电极使阻抗平台移至约10 Hz，时间分辨率<1 s，较宏观电极提高约100倍。SLIC中约200个开放通道插入，抗体结合关闭约95个通道，可探测少数单通道关闭；IgG非特异吸附小且可扣除。OmpF/Colicin N剂量响应在BLM电导、阻抗和SPR间一致。天然膜片稳定数天，膜珠可-20°C或4°C保存数天，可用于受体筛选和生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃载片上50 nm金膜（Au）或Pyrex玻璃上Au/Ti微米金电极，提供阻抗谱换能界面
- 锚定修饰层：含–SH端和亲水间隔基的硫脂（thiolipids）自组装单层，将脂质双层共价固定于金表面并形成水化间隔
- 短链亲水硫醇层：sulfanylpropionic acid等短链羟基/羧基硫醇，稀释硫脂并防止膜蛋白直接接触金表面
- 脂质双层：POPC、DOPC或dPhyPC/胆固醇（9:1）磷脂双层，构成绝缘膜环境并决定膜电容与电阻
- 识别/门控元件：合成配体门控离子通道SLIC（含(NANP)3序列和melittin跨膜段）或OmpF孔蛋白，作为靶标结合与离子门控元件
- 信号标记/配体：抗NANP抗体Sp3E9或Colicin N R域，结合后关闭通道并改变膜阻抗
- 读出层：电化学阻抗谱（EIS）与锁相放大器，测量膜电阻RM随靶标浓度的变化
中文摘要
本文报道了用于研究固定在固体支撑上的人工膜和天然膜中细胞信号反应的最新电学与光学方法。第一部分描述在金电极上构建平面人工脂质双层，该双层通过含硫脂共价锚定，可呈现吉欧级膜电阻，并用于插入和表征离子型受体。此类固定膜适合通过阻抗谱记录少数甚至单个离子通道，在微电极阵列上可形成机械稳健、长期稳定的测量装置，用于探测不同化学环境对生物重要离子型受体的影响，并有望用于基础科学和生物传感器应用。第二部分介绍互补方法，将来自活细胞的天然质膜以胞内面朝外的形式固定在平面玻璃、微米珠或亚微米孔阵列上，使膜蛋白和脂质保持天然组成，并可用光学与电生理手段研究离子型受体或G蛋白偶联受体介导的信号过程。
英文摘要
This article reports on recent electrical and optical techniques for investigating cellular signaling reactions in artificial and native membranes immobilized on solid supports. The first part describes the formation of planar artificial lipid bilayers on gold electrodes, which reveal giga-ohm electrical resistance and the insertion and characterization of ionotropic receptors therein. These membranes are suited to record a few or even single ion channels by impedance spectroscopy. Such tethered membranes on planar arrays of microelectrodes offer mechanically robust, long-lasting measuring devices to probe the influence of different chemistries on biologically important ionotropic receptors and therefore will have a future impact to probe the function of channel proteins in basic science and in biosensor applications. In a second part, we present complementary approaches to form inside-out native membrane sheets that are immobilized on micrometer-sized beads or across submicrometer-sized holes machined in a planar support. Because the native membrane sheets are plasma membranes detached from live cells, these approaches offer a unique possibility to investigate cellular signaling processes, such as those mediated by ionotropic or G protein-coupled receptors, with original composition of lipids and proteins.