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（target DNA, S2）；样品基质：10 mM Tris-HCl 缓冲液（pH 7.0）中的单链 DNA 溶液。
检测原理
巯基捕获探针 S1 通过硫醇-金键固定在纳米孔金（NPG）表面，NPG 的高比表面积提高探针装载量。目标 DNA S2 与 S1 杂交后，其 5'端再与金纳米颗粒（AuNP）上互补的报告 DNA S3 杂交；AuNP 同时携带非互补 S4，降低同一颗粒内交叉反应。每个 AuNP 负载约 127 条 DNA，形成多价信号放大。随后，六氨合钌(III) [Ru(NH3)6]3+ 通过静电作用结合带负电的报告 DNA，在计时库仑法（CC）中发生氧化还原反应。目标 DNA 浓度越高，杂交到电极上的 AuNP 和报告 DNA 越多，[Ru(NH3)6]3+ 电荷量越大，从而实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: 28 aM (2.8 × 10^-17 M)；线性范围: 8.0 × 10^-17–8.0 × 10^-16 M；全范围: 8.0 × 10^-17–1.6 × 10^-12 M；线性回归: y = 1.0588x + 0.4258（x 为 10^-16 M，y 为 µC），r = 0.9909；对数拟合: y = 3.8102lnx - 2.8953，r = 0.9729
效应效果
该传感器信号比裸平金电极高约 30 倍，检出限较裸平金电极改善约 300 倍，优于表中碳纳米管、导电聚合物、银纳米颗粒等方法。选择性方面，在 6.0×10^-13、6.0×10^-14 和 6.0×10^-15 M 下，完全匹配、单碱基错配和非互补序列杂交效率比为 100:20:4、100:21:4 和 100:28:6，优于聚苯胺纳米管阵列（TC/TG 错配为 22% 和 54%）。4.0×10^-16 M 目标 DNA 四次测量一致性为 95%；90 °C 再生 3 次后保持原始效率，RSD 为 5.6%，冷藏一周损失可忽略；未报告实际样品回收率。作者认为可用于超微量 DNA 分析和单核苷酸多态性检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE）作为导电基底，承载纳米孔金膜并连接三电极体系
- 纳米材料修饰层：纳米孔金（NPG）膜，由 9K 白金箔（Ag/Au 50:50 wt%）在硝酸中脱合金制备，提供 9.2 倍有效面积
- 识别元件：5'-巯基修饰捕获探针 DNA（S1），通过硫醇-金作用固定于 NPG 表面，与目标 DNA（S2）杂交
- 封闭/取向层：6-巯基-1-己醇（MCH）处理，使 DNA 单分子层取向良好并去除非特异吸附 DNA
- 信号标记/放大元件：柠檬酸还原制备的金纳米颗粒（AuNP），负载双功能编码 DNA 条形码，每颗粒约 127 条单链
- 报告/编码 DNA：报告探针 DNA（S3，与 S2 互补）和非互补信号 DNA（S4），S3 与目标 DNA 5'端杂交，S4 降低交叉反应
- 电子供体/指示剂：六氨合钌(III) [Ru(NH3)6]3+，通过静电作用结合报告 DNA，作为计时库仑法氧化还原指示剂
中文摘要
本文报道了一种基于纳米孔金（NPG）电极和多功能编码金纳米颗粒（AuNP）DNA 条形码的电化学生物传感器。NPG 电极通过硝酸选择性溶解银/金合金中的银制备，其有效电化学面积比裸平金电极高 9.2 倍。将巯基修饰捕获探针 DNA 固定于 NPG 表面，与目标 DNA 杂交后，再与负载于 AuNP 上的报告 DNA 杂交。AuNP 同时携带两种 DNA 条形码：一种与目标 DNA 互补，另一种不互补，从而降低同一颗粒上目标与报告 DNA 的交叉反应。六氨合钌(III) [Ru(NH3)6]3+ 通过静电作用结合报告 DNA，采用计时库仑法测量其氧化还原电荷。借助 NPG 高比表面积和编码 AuNP 的双重放大，该传感器可在 8.0×10^-17–1.6×10^-12 M 范围内定量检测目标 DNA，检出限低至 28 aM，并对单碱基错配 DNA 具有良好选择性。
英文摘要
A sensitive electrochemical DNA sensor based on nanoporous gold (NPG) electrode and multifunctional encoded Au nanoparticle (AuNP) was developed. The NPG electrode was prepared with a simple dealloying strategy, by which silver was dissoluted from silver/gold alloys in nitric acid, making the active surface area of NPG electrode 9.2 times higher than that of a bare flat one characterized by cyclic voltammetry. A DNA biosensor was fabricated by immobilizing capture probe DNA on the NPG electrode and hybridization with target DNA, which further hybridized with the reporter DNA loaded on the AuNPs. The AuNP contained two kinds of bio bar code DNA, one was complementary to the target DNA, while the other was not, reducing the cross reaction between the targets and reporter DNA on the same AuNP. Electrochemical signals of [Ru(NH3)6]3+ bound to the reporter DNA via electrostatic interactions were measured by chronocoulometry. Taking advantage of dual-amplification effects of the NPG electrode and multifunctional encoded AuNP, this DNA biosensor could detect the DNA target quantitatively, in the range of 8.0 x 10(-17)-1.6 x 10(-12) M, with a limit of detection as low as 28 aM, and exhibited excellent selectivity even for single-mismatched DNA detection.