组成图示
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传感器类型
其他（无标记光学干涉生物传感器）
检测对象
兔免疫球蛋白G（rabbit IgG）、鸡免疫球蛋白G（chicken IgG，阴性对照）；样品基质为PBS缓冲液（磷酸盐缓冲液，pH 7.4）
检测原理
pSi-C薄膜上下界面反射光形成Fabry-Perot干涉，反射光谱经傅里叶变换得到光学厚度nL。蛋白A物理吸附于多孔pSi-C表面和孔道，作为捕获探针；当兔IgG进入孔道并与蛋白A的Fc结合位点结合时，孔内蛋白质量增加，使多孔膜平均折射率n升高，nL随之增加，表现为反射干涉峰位移或RIFTS信号变化。鸡IgG与蛋白A亲和性弱，不产生明显nL变化，用于排除非特异吸附。该传感器无外源标记，信号近似与结合蛋白质量成正比；多孔高比表面积和蛋白A物理吸附提供捕获量，但没有HCR、RCA或酶催化沉积等放大步骤。碳包覆层抑制pSi水解，提高长期光学稳定性。
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
pSi-C在pH 7.4 PBS中约75 min内光学厚度无显著下降；在pH 12缓冲液中稳定性低于中性条件，但仍优于热氧化pSiO2、乙炔碳氢化pSi和十一碳烯酸氢硅化pSi，水稳定性与多孔TiO2相当或优于多孔Al2O3。蛋白A吸附使ΔnL/nL0为1.62±0.07%，高于多孔Al2O3（0.03%）、多孔TiO2（0.3%）和多孔SiO2（1%）。兔IgG结合响应为0.41±0.06%（表1）或约0.3%（图5），鸡IgG无显著响应，选择性良好；无蛋白A时IgG非特异结合约0.2%。作者认为pSi-C在稳定性与灵敏度间提供最佳折中，适合无标记光学生物传感。
传感器的构成
- 基底/换能器：高硼掺杂p++单晶硅(100)晶圆，电阻率0.9 mΩ cm，提供多孔硅模板与光学薄膜基底
- 多孔硅层：电化学阳极氧化形成的多孔硅(pSi)薄膜，厚度约2 μm，孔径14–42 nm、平均37 nm，孔隙率约70%，构成Fabry-Perot干涉光腔
- 表面氧化层：臭氧处理生成的硅羟基(Si-OH)表面，用于后续PFA渗入与表面化学
- 聚合物前驱体层：呋喃甲醇(furfuryl alcohol)在草酸催化下聚合生成的聚呋喃甲醇(PFA)，渗入pSi孔道
- 碳包覆层：PFA在N2中700 °C碳化形成的玻璃碳/无序sp2碳，包覆孔壁并提高水稳定性
- 识别元件：物理吸附的蛋白A(protein A)，作为IgG捕获探针，结合IgG的Fc段
- 被测物结合层：兔IgG(rabbit IgG)与蛋白A特异性结合，鸡IgG(chicken IgG)作为阴性对照
- 读出层：反射干涉傅里叶变换光谱(RIFTS)系统，卤素灯与CCD光谱仪监测光学厚度nL变化
中文摘要
本文报道了一种基于多孔硅-碳（pSi-C）复合材料的稳定、无标记光学生物传感器。该材料首先通过电化学阳极氧化晶态硅（在含HF的电解质中）制备多孔硅模板，随后将聚呋喃甲醇（PFA）渗入孔道并碳化，形成光学平滑的pSi-C薄膜。与热氧化、十一碳烯酸氢硅化或乙炔碳氢化处理的多孔硅相比，pSi-C在pH 7.4和pH 12水缓冲液中表现出显著更高的稳定性，其水稳定性与多孔TiO2或Al2O3光学生物传感器相当。作者利用蛋白A修饰的pSi-C芯片检测兔IgG，并以鸡IgG作为无亲和性阴性对照，证实了检测的特异性。pSi-C比多孔TiO2或Al2O3能结合更多蛋白A捕获探针，蛋白A修饰的pSi-C传感器对兔IgG的灵敏度约为上述两种材料无标记光学生物传感器的2倍。
英文摘要
A stable, label-free optical biosensor based on a porous silicon-carbon (pSi-C) composite is demonstrated. The material is prepared by electrochemical anodization of crystalline Si in an HF-containing electrolyte to generate a porous Si template, followed by infiltration of poly(furfuryl) alcohol (PFA) and subsequent carbonization to generate the pSi-C composite as an optically smooth thin film. The pSi-C sensor is significantly more stable toward aqueous buffer solutions (pH 7.4 or 12) compared to thermally oxidized (in air, 800 °C), hydrosilylated (with undecylenic acid), or hydrocarbonized (with acetylene, 700 °C) porous Si samples prepared and tested under similar conditions. Aqueous stability of the pSi-C sensor is comparable to related optical biosensors based on porous TiO(2) or porous Al(2)O(3). Label-free optical interferometric biosensing with the pSi-C composite is demonstrated by detection of rabbit IgG on a protein-A-modified chip and confirmed with control experiments using chicken IgG (which shows no affinity for protein A). The pSi-C sensor binds significantly more of the protein A capture probe than porous TiO(2) or porous Al(2)O(3), and the sensitivity of the protein-A-modified pSi-C sensor to rabbit IgG is found to be ~2× greater than label-free optical biosensors constructed from these other two materials.