组成图示
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传感器类型
荧光生物传感器
检测对象
蛋白复合物形成（protein complex formation），以链霉亲和素-生物素-葡聚糖复合物（streptavidin-biotin-dextran complex）为验证对象；样品基质：PBS 缓冲液（pH 7.1）
检测原理
在压力驱动下，荧光标记链霉亲和素从入口进入纳米通道，再进入纳米缝并横向扩散至微通道。纳米限域使生物分子与通道表面相互作用，有效扩散系数显著降低；稳态下浓度分布由流速 u0、有效扩散系数 D 和位置 r 决定，可用误差函数模型描述。单个链霉亲和素 D 较高，扩散轮廓较窄；加入生物素化葡聚糖后形成更大复合物，D 降低，在相同流速下停留时间更长，横向扩散距离增加，荧光半强度距离增大。荧光显微镜/EMCCD 记录稳态荧光强度分布，拟合得到 D1 与 D2 或 D1/D2，从而判断特异性结合及亲和力。结合程度越高，平均有效扩散系数越低，扩散轮廓越宽。
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
在 0.1–0.6 bar 驱动压力下，荧光链霉亲和素单独与加入生物素化葡聚糖后的复合物扩散轮廓差异明显，拟合得到 D1/D2=2±0.2，表明方法在较宽流速范围内稳定可重复。以 38 kDa 麦胚凝集素（WGA）作为非特异对照，未观察到显著扩散轮廓变化，说明检测对生物素-链霉亲和素特异性结合具有选择性。实验在 PBS（pH 7.1）中进行，使用 2 μM 荧光链霉亲和素和 6 μM 生物素化葡聚糖，ΔP=0.3 bar 对应 u0=120 nm/s。作者认为该纳米流体装置可为蛋白相互作用提供简单、快速的检测方案，但原文未报告实际样品回收率、RSD 或与 ELISA/HPLC/qPCR 的定量对比。
传感器的构成
- 基底/微流控芯片：Pyrex 玻璃晶圆（Pyrex wafer），湿刻 5 μm 微通道并阳极键合，形成入口/出口储液腔与微通道。
- 纳米限域层：50 nm 非晶硅（aSi）层，定义纳米缝高度，形成纳米通道/纳米缝限域空间。
- 识别/信号蛋白：荧光链霉亲和素（streptavidin, Alexa Fluor 633, 53 kDa），作为可结合生物素的荧光标记蛋白。
- 结合配体：生物素化葡聚糖（biotinylated dextran, 10 kDa），与链霉亲和素特异性结合形成复合物。
- 对照蛋白：麦胚凝集素（wheat germ agglutinin, WGA, Alexa Fluor 633, 38 kDa），用于非特异性对照。
- 缓冲液：PBS（pH 7.1，含 NaCl、磷酸盐、KCl，去离子水稀释），维持蛋白稳定并提供流动介质。
- 驱动/读出：气压调节器（air-pressure regulator）与荧光显微镜/单光子计数相机（LUCA EMCCD, Andor；Axiovert S100, Zeiss），驱动流动并记录荧光扩散轮廓。
中文摘要
本文提出并实验验证了一种基于纳米流体通道稳态扩散的蛋白复合物形成生物传感方法。利用纳米限域空间降低生物分子有效扩散系数的特性，该方法可监测两种蛋白之间的结合亲和力。作者建立了纳米缝中蛋白浓度分布的理论模型，表明由两个结合生物分子形成的复合物在纳米通道中受驱动时，其稳态荧光扩散轮廓比单个蛋白更宽。实验采用荧光标记链霉亲和素（Alexa Fluor 633，53 kDa）和生物素化葡聚糖（10 kDa），在压力驱动下使荧光分子进入纳米通道并扩散至纳米缝，用单光子计数相机记录稳态荧光轮廓；加入生物素化葡聚糖后，链霉亲和素-生物素-葡聚糖复合物的有效扩散系数降低，扩散长度增加。以麦胚凝集素作为非特异对照，未观察到显著变化。该方法可直接、简便地测量蛋白间亲和力，为蛋白相互作用检测提供新途径。
英文摘要
In this work, we present theoretical and experimental studies of nanofluidic channels as a potential biosensor for measuring rapid protein complex formation. Using the specific properties offered by nanofluidics, such as the decrease of effective diffusion of biomolecules in confined spaces, we are able to monitor the binding affinity of two proteins. We propose a theoretical model describing the concentration profile of proteins in a nanoslit and show that a complex composed by two bound biomolecules induces a wider diffusion profile than a single protein when driven through a nanochannel. To validate this model experimentally, we measured the increase of the fluorescent diffusion profile when specific biotinylated dextran was added to fluorescent streptavidin. We report here a direct and relatively simple technique to measure the affinity between proteins.