尖端辅助硅纳米线场效应晶体管适体传感器用于心脏生物标志物hFABP的高灵敏度检测

研究人员开发了一种基于硅纳米线场效应晶体管(Si-NW FET)的适体传感器，通过局部APTES修饰和DNA适体(FABPAp1c-t38)功能化，实现了对心肌标志物hFABP的干式电学检测。该传感器在1 pM浓度下仍能通过阈值电压Vth变化实现特异性识别，为心血管疾病早期诊断提供了新型便携式检测方案。

　　

心血管疾病的早期诊断一直是临床医学的重大挑战，其中心脏型脂肪酸结合蛋白(hFABP)作为急性心肌梗死的早期生物标志物，其低浓度检测面临技术瓶颈。传统免疫传感器依赖抗体识别和液相检测，存在成本高、操作复杂等局限。而硅纳米线场效应晶体管(Si-NW FET)虽具有高灵敏度，但面临受体非特异性吸附和德拜长度(λ_D)限制等难题。

俄罗斯科学院西伯利亚分院克拉斯诺亚尔斯克科学中心的研究团队在《Microchemical Journal》发表创新成果，开发出尖端辅助的Si-NW FET适体传感器。该研究采用CMOS兼容的顶向下技术制备沟道宽度0.4-3 μm的器件，通过原子力显微镜(AFM)尖端局部沉积(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(APTES)，结合二甲基辛二亚氨酸酯(DMS)交联剂，将特异性DNA适体FABPAp1c-t38精准固定在纳米线表面。研究发现适体与hFABP结合会引起阈值电压V_th正向偏移（+0.2至+2.8 V），这种电学信号优于其他晶体管参数，最终实现了1 pM hFABP的干式检测。

关键技术包括：1) 光刻和反应离子刻蚀制备不同宽度Si-NW FET阵列；2) AFM接触模式局部APTES修饰（扫描速度~2 μm/s）；3) 三分子系统(APTES-DMS-适体)共价固定；4) 阈值电压V_th作为主要检测指标；5) 缓冲体系模型验证（含0.15 M NaCl的PBS溶液）。

【材料与方法】
研究选用Sigma-Aldrich的APTES和DMS试剂，在0.1 M Bicine缓冲液(pH 8.5)中构建修饰体系。38碱基的NH₂-FABPAp1c-t38适体通过氨基末端共价固定，其独特的三维结构可特异性识别hFABP。

【局部APTES沉积】
AFM尖端修饰技术将APTES精准沉积在Si-NW表面，避免传统全局修饰导致的非特异性吸附。X射线光电子能谱证实该方法可将受体局限在100 nm宽区域，显著提升信噪比。

【结论】
该研究首次实现DNA适体功能化Si-NW FET对hFABP的干式检测，V_th信号变化机制揭示适体-蛋白复合物形成会改变纳米线表面电荷分布。与抗体相比，适体体积小（<80碱基）的优势使其更易将目标物锚定在德拜长度范围内。

【意义】
这项由Anna Lukyanenko等完成的工作，为开发便携式心血管诊断设备奠定基础。其CMOS兼容工艺便于大规模生产，而AFM局部修饰策略为其他纳米生物传感器开发提供新思路。未来通过优化适体序列和器件结构（如环绕栅GAA设计），有望实现更复杂生物样本的检测。