组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
目标DNA（DNA oligonucleotide），样品基质为TE杂交缓冲液（pH 8.5 Tris-HCl–EDTA–NaCl）及PBS支持电解质
检测原理
传感器以ITO电极为换能器，表面经硅烷化形成醛基后共价固定氨基末端MCP。目标DNA与MCP按Watson-Crick碱基配对杂交，使电极表面形成带负电磷酸骨架的双链层。随后，阳离子氧化还原聚合物PVIA-Os通过静电作用吸附到杂交DNA上，形成DNA/PVIA-Os双层。PVIA-Os中的Os(dmbpy)2+/2+中心具有快速可逆电子交换能力，并在0.15 V低电位下电催化维生素C（AA）氧化，形成底物循环催化电流。捕获的目标DNA越多，沉积的PVIA-Os越多，AA氧化电流越大，从而实现无标记、直接电化学定量检测。
检测灵敏度
安培法 LOD: 1.0 pM；线性范围: 2.0–500 pM；RSD <18%；伏安法 LOD: 0.50 nM；动态范围: up to 200 nM
效应效果
该传感器在50 pM目标DNA下，互补序列安培响应约510±75 nA，单碱基错配响应降至约115±20 nA，较互补序列下降约89%，双碱基错配接近背景；与PNA探针相比，MCP在多数错配条件下表现相近，但PNA对单碱基错配区分略优。动态范围2.0–500 pM内RSD<18%，循环伏安和安培信号稳定，洗涤与电位循环后无明显变化。作者认为该双层结构简单、无需标记、电位低、抗干扰好，适合微加工、多路复用和现场快速DNA检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO玻璃电极（indium-tin oxide, ITO），2.0 mm工作电极，提供导电与电子换能
- 绝缘/限域层：1 mm厚粘合间隔/绝缘层与图案化疏水膜，限定电极区并防止液滴扩散
- 硅烷化/醛基化界面：ITO表面经硅烷化处理形成醛基，用于与MCP末端氨基反应
- 识别元件：氨基末端吗啉捕获探针（morpholino capture probes, MCP1/MCP2），序列特异捕获目标DNA
- 封闭/稳定层：1,6-己二胺封闭未反应醛基，NaBH4还原亚胺以稳定MCP固定
- 目标结合层：目标DNA与MCP杂交形成双链，提供负电荷磷酸骨架
- 信号放大层：PVIA-Os（poly(4-vinylimidazole-co-acrylamide)部分配合Os(dmbpy)2Cl+/2+），阳离子氧化还原聚合物，静电结合DNA并电催化AA氧化
- 电子供体：维生素C（ascorbic acid, AA，5.0 mM，PBS pH 8.0），被Os(dmbpy)2电催化氧化产生电流
中文摘要
本文报道一种基于吗啉寡核苷酸（morpholino oligomer, MCP）修饰氧化铟锡（ITO）电极和阳离子氧化还原聚合物的简单、超灵敏电化学生物传感器，用于直接检测DNA。MCP作为捕获探针通过硅烷化醛基界面共价固定在ITO电极表面，目标DNA杂交后，阳离子氧化还原聚合物PVIA-Os（poly(4-vinylimidazole-co-acrylamide)部分配合Os(dmbpy)2Cl+/2+）通过静电作用沉积到杂交DNA上，形成DNA/PVIA-Os双层。该聚合物中的Os(dmbpy)2氧化还原中心具有快速电子交换能力，并能在0.15 V低电位下电催化维生素C（AA）氧化，从而产生与目标DNA量相关的安培电流。优化条件下，安培法检出限为1.0 pM，线性范围至500 pM；与DNA探针相比，该传感器对单碱基错配序列具有更好的区分能力。
英文摘要
A simple and ultrasensitive electrochemical biosensor employing a morpholino oligomer as capture probe and a cationic redox polymer as signal generator for direct detection of DNA is presented in this report. It is based on the immobilization of the morpholino oligomer on an indium-tin oxide (ITO) electrode and amperometric detection of target DNA by forming a DNA/cationic redox polymer bilayer on the ITO electrode. After hybridizing the morpholino capture probe (MCP) to the target DNA, the cationic redox polymer was introduced to the ITO electrode via electrostatic interaction with the hybridized DNA. The deposited redox polymer exhibited excellent electrocatalytic activity towards the oxidation of ascorbic acid (AA), allowing for direct voltammetric and amperometric detection of DNA. Under optimized experimental conditions, a detection limit of 1.0 pM and linear current-concentration relationship up to 500 pM were obtained in amperometry. The resulting biosensors offered much better mismatch discrimination against mismatch sequences than their DNA counterparts.