组成图示
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传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
混合气味物（odorants：乙酸 acetic acid、辛醛 octanal、桉叶油素 cineole、己醛 hexanal、2-庚酮 2-heptanone），样品基质为哺乳动物 Ringer 溶液（mammalian Ringer’s solution）
检测原理
气味分子与 OSNs 嗅觉纤毛上的嗅觉受体结合后，激活 G 蛋白和腺苷酸环化酶（AC），使细胞内 cAMP 水平升高，触发离子通道开放和动作电位产生。LY294002 作为 PI3K 特异性抑制剂，通过抑制 3-磷酸肌醇信号对 cAMP 通路的负向调节，增强 OSNs 对气味的电生理响应，表现为动作电位频率增加。LAPS 芯片在耗尽偏压下，细胞外电位变化会改变局部表面电位和耗尽层宽度，从而调制聚焦激光产生的光电流。激光可寻址照射单个 OSNs 区域，锁相放大器将光电流波动转换为电信号，经数据采集系统记录。气味浓度或增强剂处理改变 OSNs 放电频率，LAPS 光电流波动随之变化，实现生物电信号读出。
检测灵敏度
响应增强: (1.55±0.20) 倍（约1.5倍）
效应效果
原文未报告选择性、抗干扰、稳定性、重现性（RSD）、实际样品加标回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 等方法的对比。实验显示约 1/3 的 OSNs 对混合气味产生响应，所有响应 OSNs 均观察到 LY294002 增强效应；增强组 spike rate 显著高于刺激组（P<0.01，n=16），响应为未处理 (1.55±0.20) 倍，约 1.5 倍。动作电位幅度无显著增加，符合动作电位全或无特性。SEM 证实培养 3 d 的 OSNs 保持双极形态并可见嗅觉纤毛。作者认为该 OSNs-LAPS 混合传感器可作为嗅觉转导研究工具，该增强策略可推广至 MEA 和 FET 等 OSNs 生物传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器：n型掺杂硅片（n-doped Si wafer，<100>，10–15 Ω·cm）热氧化形成 30 nm SiO2，背面减薄至 100 μm 并蒸镀 Al 欧姆接触，构成 LAPS 光寻址表面电位换能器。
- 参考电极：Pt 线浸入电解质，与背面 Al 工作电极之间施加偏压，用于 LAPS 耗尽偏置和光电流读出。
- 培养腔：聚二甲基硅氧烷（PDMS）腔体固定 LAPS 芯片，提供细胞培养与测量环境。
- 表面修饰层：多聚-L-鸟氨酸（poly-L-ornithine, PLO）与层粘连蛋白（laminin）混合液（100 μg/mL PLO PBS 和 8 μg/mL laminin PBS，1:1 v/v）修饰 SiO2 表面，促进 OSNs 贴附。
- 识别元件：大鼠嗅觉感觉神经元（olfactory sensory neurons, OSNs）培养 3 d，其嗅觉纤毛上的嗅觉受体识别气味分子。
- 信号放大剂：LY294002（10 μmol/L）作为 PI3K 特异性抑制剂，增强 OSNs 对气味刺激的电生理响应。
- 信号读出：He-Ne 半导体激光（543.5 nm，5 mW，聚焦 <10 μm）、锁相放大器、电位计（EG&G M273A）、16-bit 数据采集卡和 LABVIEW 计算机记录光电流波动。
中文摘要
本文提出一种通过监测嗅觉感觉神经元（OSNs）对气味分子的增强反应来提高 OSNs 生物传感器响应的新策略。作者基于光寻址电位传感器（LAPS）构建了 OSNs 生物传感器，将大鼠 OSNs 培养在 LAPS 芯片表面并作为传感元件。LY294002 是磷脂酰肌醇 3-激酶（PI3K）的特异性抑制剂，可用于增强 OSNs 对气味的反应。实验通过 LAPS 记录有无 LY294002 处理时 OSNs 对气味刺激产生的细胞外电位响应。结果表明，LAPS 能够高效记录 LY294002 的增强效应，OSNs-LAPS 混合生物传感器的响应被 LY294002 增强约 1.5 倍。作者认为，该方法可增强 OSNs-LAPS 混合生物传感器的响应，为生物传感器中 OSNs 生物电信号的监测提供新策略，并可能适用于微电极阵列（MEA）和场效应晶体管（FET）等其他用于细胞活性检测的 OSNs 生物传感器。
英文摘要
This paper presents a novel strategy for the response enhancement of olfactory sensory neurons (OSNs)-based biosensors by monitoring the enhancive responses of OSNs to odorants. An OSNs-based biosensor was developed on the basis of the light addressable potentiometric sensor (LAPS), in which rat OSNs were cultured on the surface of LAPS chip and served as sensing elements. LY294002, the specific inhibitor of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), was used to enhance the responses of OSNs to odorants. The responses of OSNs to odorants with and without the treatment of LY294002 were recorded by LAPS. The results show that the enhancive effect of LY294002 was recorded efficiently by LAPS and the responses of this OSNs-LAPS hybrid biosensor were enhanced by LY294002 by about 1.5-fold. We conclude that this method can enhance the responses of OSNs-LAPS hybrid biosensors, which may provide a novel strategy for the bioelectrical signal monitor of OSNs in biosensors. It is also suggested that this strategy may be applicable to other kinds of OSNs-based biosensors for cellular activity detection, such as microelectrode array (MEA) and field effect transistor (FET).