组成图示
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传感器类型
场效应晶体管(FET)生物传感器
检测对象
三磷酸腺苷（ATP）；样品基质：活星形胶质细胞培养界面/生理浴液中的局部细胞表面释放ATP，体外验证为含ATP的生理浴液。
检测原理
谷氨酸作为促分泌剂结合星形胶质细胞代谢型谷氨酸受体，激活磷脂酶C（PLC），水解PIP2生成IP3，IP3促使内质网释放Ca2+，胞内Ca2+升高触发分泌囊泡与质膜融合，向细胞外局部释放ATP。ATP扩散进入SWNT网络与细胞之间的狭窄界面间隙，其腺嘌呤碱基与SWNT侧壁发生π–π非共价作用，使ATP靠近纳米管表面；高负电荷ATP对p型SWNT产生静电门控，增加空穴浓度并提高电导。在源漏偏压400 mV下，局部ATP通量升高引起源漏电流快速上升，随后因ATP扩散离开及外ATP酶降解而衰减，形成毫秒级上升、数百毫秒至秒级衰减的双相尖峰。
检测灵敏度
未报告
效应效果
该SWNT网络传感器实现活星形胶质细胞局部ATP释放的实时无标记检测。与萤火虫荧光素酶法只能报告群体细胞体外介质中净扩散ATP不同，本方法可捕捉毫秒级释放事件。300 μM谷氨酸刺激后约100 s出现电流尖峰，上升仅需数毫秒，衰减持续数百毫秒至数秒。电压脉冲（400–800 mV，5–100 ms）无响应，calcimycin可诱发类似响应，提示Ca2+依赖。无细胞器件对1 mM ATP局部喷射及0.5–10 mM浴液ATP有响应，对pH 5.0或1 mM谷氨酸无明显响应，选择性良好。作者认为其具有大检测面积、低1/f噪声、制备简单和重现性较好等优势，可用于星形胶质细胞—神经元串扰研究。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃盖玻片（glass coverslip）作为支撑基底；导电银漆（conductive silver paint）制备源极与漏极电极；硅橡胶（Dow-corning）绝缘并定义培养/记录腔室。
- 纳米材料修饰层：羧基化单壁碳纳米管（carboxylated-SWNTs）经超声分散、戊烷/乙醇沉淀并转移印刷形成约8 mm² SWNT网络薄膜，作为导电传感层与细胞生长基底。
- 识别元件：无外加抗体/适配体；ATP腺嘌呤碱基与SWNT侧壁通过π–π堆积非共价作用实现直接识别。
- 信号标记物：无标记（label-free）；ATP本身作为信号分子，其高负电荷静电调制SWNT电导。
- 生物样品源：活星形胶质细胞（astrocytes）培养于SWNT网络，谷氨酸（glutamate）触发ATP释放。
- 读出系统：半导体器件分析仪（Agilent B1500A）在源漏偏压400 mV下记录电流，Ag/AgCl电极作为溶液门电极。
中文摘要
单壁碳纳米管（SWNT）因独特的电学、理化与一维结构性质，已成为用于生物分子检测的新型纳米电子生物传感器，具有灵敏度高、检测方案简单等优点。然而，已有应用多局限于静态体外测量，尚无法实现活细胞毫秒级生物分子释放的动态检测。本研究将 SWNT 网络作为生长基底与传感元件，使活神经胶质星形胶质细胞直接界面接触，从而无标记、高时间分辨率地检测细胞受刺激后释放的三磷酸腺苷（ATP）。释放的 ATP 扩散进入 SWNT 网络与细胞之间的狭窄界面间隙，并与纳米管发生相互作用；高电荷 ATP 通过静电门控调制 SWNT 电导，产生可测量的源漏电流响应。该方法为研究星形胶质细胞—神经元串扰及其他细胞功能中 ATP 释放与信号转导提供了新平台。
英文摘要
Owing to its unique combination of electrical, physiochemical, and one-dimension structural properties, single-walled carbon nanotube (SWNT) has recently emerged as a novel nanoelectronic biosensor for biomolecular detection with extraordinary sensitivity and simple detection scheme. All the realizations so far, however, are limited to static in vitro measurement. Dynamic detection of biomolecule release from living cells which may occur in millisecond timescale has yet to be demonstrated. In the present work, SWNT network was utilized to directly interface with living neuroglial astrocytes and label-freely detect the triggered release of adenosine triphosphate (ATP) from these cells with high temporal resolution. The secreted ATP molecules diffuse into the narrow interface gap between the SWNT-net and the astrocyte, and interact with the nanotubes. Highly charged ATP molecules electrostatically modulate the SWNT conductance leading to measurable current response. This technique provides a novel platform to study ATP release and signaling which play important roles in astrocyte-neuron crosstalk and other essential cellular functions.