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
转基因油菜磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因目标 DNA（PEPCase gene target DNA/cDNA）；样品基质：2× SSC 杂交缓冲液（pH 7.5）
检测原理
在 CILE 上依次构建 SPAN 纳米纤维和 Fe2O3 微球导电膜，ssDNA 探针通过 Fe2O3 强吸附和恒电位作用固定于界面。目标 PEPCase cDNA 加入后与探针杂交形成 dsDNA。dsDNA 使界面负电荷密度和膜厚度增加，对 [Fe(CN)6]3−/4− 的静电排斥增强，阻碍氧化还原指示剂接近电极，导致界面电子转移电阻 Ret 增大。EIS 以 ΔRet 作为无标记信号，ΔRet 与目标 DNA 浓度对数在 1.0×10−13–1.0×10−7 mol/L 呈线性。SPAN 和 Fe2O3 的导电网络及 CILE 高离子导电性协同降低背景 Ret 并提高探针负载，从而放大杂交响应。
检测灵敏度
LOD: 2.1 × 10−14 mol/L；线性范围: 1.0 × 10−13–1.0 × 10−7 mol/L；灵敏度斜率: 3.162（ΔRet = 3.162 lg C + 30.737）；R = 0.9960
效应效果
该传感器对完全互补 PEPCase cDNA 的 ΔRet 响应显著，非互补 DNA 几乎无响应，单碱基和双碱基错配序列响应明显低于互补序列，可区分错配。稳定性方面，连续扫描 50 圈后保留 97.2% 初始 Ret，4℃ 储存 2 周 Ret 下降 3.75%；6 个平行传感器检测 1.0×10−10 mol/L 目标 DNA 的 RSD 为 3.58%。经沸水 10 min 热变性和冰盐浴冷却后可再生，重复 5 次灵敏度基本不变。与表 1 中金属氧化物基电化学 DNA 传感器相比，本传感器 LOD 2.1×10−14 mol/L 低于 CeO2-SWNTs-BMIMPF6/GCE 的 2.3×10−13 mol/L，检测范围更宽。作者认为其可用于复杂样品、临床分析、DNA 损伤分析和诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：碳离子液体电极（CILE），石墨粉与离子液体 BMIMPF6 按 4:1（w/w）混合，铜线导电，提供高导电、可更新表面。
- 导电修饰层：自掺杂聚苯胺纳米纤维（SPAN，苯胺与间氨基苯磺酸共聚物），涂覆于 CILE 表面，形成负电荷纳米网络，增强电子转移和电极活性面积。
- 吸附/导电修饰层：Fe2O3 微球，静电吸附于 SPAN/CILE 表面，增强 DNA 探针负载并降低界面电子转移电阻。
- 识别元件：20-mer 单链 DNA 探针（ssDNA，5′-CAG CAC CTA GGC ATA GGT TC-3′），恒电位 0.7 V 固定于 Fe2O3/SPAN/CILE，用于特异性识别目标 DNA。
- 杂交/清洗体系：2× SSC（pH 7.5）用于杂交，0.5% SDS 用于去除未固定或未杂交 DNA。
- 氧化还原指示剂：[Fe(CN)6]3−/4−（K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]），用于 EIS 监测界面电子转移电阻变化。
- 检测仪器：CHI 660C 电化学工作站，三电极体系（SCE 参比、铂丝辅助），EIS 读出 ΔRet。
中文摘要
本研究设计了一种新型导电架构，将 Fe2O3 微球对 DNA 探针的强吸附能力与自掺杂聚苯胺（SPAN，苯胺和间氨基苯磺酸共聚物）纳米纤维的优良导电性相结合，构建于碳离子液体电极（CILE）上，用于 DNA 固定与杂交的电化学阻抗传感。以 [Fe(CN)6]3−/4− 为指示剂，通过循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）表征 CILE 上形成的导电 Fe2O3/SPAN 膜。由于 Fe2O3 微球、SPAN 纳米纤维和离子液体的独特协同效应，探针 DNA 在电极表面的固定量及 DNA 杂交识别灵敏度显著提高。DNA 杂交事件采用无标记 EIS 策略监测。在最佳条件下，该 DNA 生物传感器检测转基因油菜磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase）基因序列特异性 DNA 的动态范围为 1.0×10−13 至 1.0×10−7 mol/L，检出限为 2.1×10−14 mol/L。该工作提出了一种制备导电界面用于 DNA 杂交电化学检测的简单策略，并为 Fe2O3 在 DNA 电化学传感中的应用开辟了新途径。
英文摘要
A novel architecture was designed by combining the strong adsorption ability of Fe(2)O(3) microspheres to the DNA probes and excellent conductivity of self-doped polyaniline (SPAN) nanofibers (copolymer of aniline and m-aminobenzenesulfonic acid) on carbon ionic liquid electrode (CILE) for electrochemical impedance sensing of the immobilization and hybridization of DNA. The formed conductive Fe(2)O(3)/SPAN membrane on the CILE was characterized by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) using [Fe(CN)(6)](3-/4-) as the indicator. The immobilization of the probe DNA on the surface of electrode and the sensitivity of DNA hybridization recognition were dramatically enhanced due to the unique synergistic effect of Fe(2)O(3) microspheres, SPAN nanofibers and ionic liquid. The DNA hybridization events were monitored with a label-free EIS strategy. Under optimal conditions, the dynamic range of this DNA biosensor for detecting the sequence-specific DNA of phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPCase) gene from transgenically modified rape was from 1.0 x 10(-13) to 1.0 x 10(-7)mol/L, and the detection limit was 2.1 x 10(-14)mol/L. This work suggested a simple strategy to prepare a conductive interface for electrochemical detection of DNA hybridization and opened a way for the application of Fe(2)O(3) in DNA electrochemical biosensing.