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
互补 DNA 靶标（complementary DNA target）、双链 DNA（dsDNA）；样品基质：1 M KCl 溶液（微流控细胞）
检测原理
该传感器基于固态纳米孔的电阻脉冲机制。先在 SiN 纳米孔表面经 APTES 气相硅烷化和 PDI 交联接枝 DNA 探针，硅烷化时间控制有机涂层厚度，从而缩小有效孔径并引入序列选择性。检测时在 Ag/AgCl 电极间施加偏压，1 M KCl 溶液中形成稳定离子电流。目标 DNA 与孔内探针杂交后，单链/双链分子进入或阻塞孔道，改变孔的有效截面积、局部电导和离子输运，导致电流下降事件。孔径越小，分子阻塞造成的电流变化越显著，因此可通过调节硅烷化时间增强单分子检测灵敏度。信号由 patch-clamp 放大器记录为电流-时间轨迹，事件频率和幅度反映目标 DNA 的存在与结合。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
SEM、STEM 和电学测量验证了功能化可控性。240 s 硅烷化后，同一孔电阻由约 5.5 MΩ 增至约 21.2 MΩ；300 s 时开放面积比约 0.14（STEM）和 0.16（电学），对应约 80% 孔径面积减小，45-mer 探针可覆盖孔口。R/Rf 随时间呈指数衰减，时间常数约 116 s；600 s 后孔口堵塞。250 nm–2 µm 大孔均堵塞，说明仅当初始孔径小于硅烷平均自由程（约 245 nm，30 kPa）时可控。作者主张方法简单、快速、通用，可适配不同探针和靶标，用于单分子 DNA 传感；未报告 RSD、实际样品回收率或与 ELISA/qPCR 的定量对比。
传感器的构成
- 基底/换能器：Si/SiN 芯片（300 µm Si 基底、20–100 nm SiN 薄膜，FIB 打孔形成约 80 nm 纳米孔），作为离子电流换能器
- 表面活化：氧等离子体处理（60 s、30 W），清除污染并在 SiN 表面生成羟基（SiOH）
- 硅烷修饰层：气相 APTES（3-aminopropyl triethoxy silane，30 kPa、60–420 s），形成氨基硅烷/聚硅氧烷涂层并调控孔厚
- 交联层：1,4-phenylene diisothiocyanate（PDI，0.5% P/V in DMSO，1 h），连接表面氨基与 DNA 探针
- 识别元件：氨基修饰 DNA 探针（45-mer，100 nM，37 °C 过夜），共价接枝于孔内表面，提供序列选择性
- 封闭/去活化：28% 氨水与 ddH2O 洗涤，去活化未反应异硫氰酸酯并清洗
- 信号标记物：无外源标记，目标 DNA 与探针杂交后阻塞/改变孔道，产生离子电流信号
中文摘要
本文报道了一种基于气相硅烷化的简单功能化方法，用于调控固态纳米孔的尺寸与传感功能。通过改变3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）气相处理时间，可调节硅烷在纳米孔表面的沉积与自聚厚度，从而改变后续寡核苷酸探针接枝效率，使初始约80 nm的纳米孔有效孔径按目标尺寸缩小，并赋予其对互补DNA序列的选择性识别能力。SEM、STEM和离子电流测量表明，硅烷化时间从60到420 s时，孔口逐渐被有机层覆盖，电阻从约5.5 MΩ增至约21.2 MΩ，300 s时孔径面积减少约80%；当初始孔径小于硅烷分子平均自由程（约245 nm，30 kPa）时，过程处于分子流区，可可控功能化；较大孔则因黏性流堵塞。该方法可用于制备可调、选择性固态纳米孔生物传感器。
英文摘要
We demonstrate the possibility of using a simple functionalization procedure, based on an initial vapour-phase silanization, to control the size and functionality of solid state nanopores. The presented results show that, by varying the silanization time, it is possible to modify the efficiency of probe molecule attachment, thus shrinking the pore to the chosen size, while introducing a specific sensing selectivity. The proposed method allows us to tune the nanopore biosensor adapting it to the specific final application, and it can be efficiently applied when the pore initial diameter does not exceed a limit dimension related to the mean free path of the silane molecules at the working pressure.