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，21-mer 寡核苷酸）；样品基质：杂交缓冲液/DNA 溶液（未报告实际生物样品）
检测原理
捕获探针 A 通过硫醇端自组装固定于金盘电极，MCH 封闭空位并优化探针取向。目标 DNA 先与报告探针 B 预退火，再加入修饰电极；当存在完全互补目标 DNA 时，探针 A 同时与目标 DNA 和探针 B 杂交，形成 Y 型三元复合物；无目标时探针 A 与 B 不杂交。Y 型结构使电极表面 DNA 密度和负电荷密度增加，从而通过静电作用结合更多 RuHex。RuHex 在低离子强度 Tris–HCl 缓冲液中发生表面限制氧化还原，其 CV/LSV 峰电流随目标 DNA 浓度升高而增大。利用结合态 RuHex 与扩散态 RuHex 的峰电位差可分离背景电流，提高信噪比。该策略以 junction-probe 模板增强杂交实现信号增强，无需酶或纳米颗粒放大。
检测灵敏度
LOD: 7.6 × 10−13 M；线性范围: 5.0 × 10−12–3.0 × 10−11 M；灵敏度斜率: 1.3107 μA/pM；r = 0.9939
效应效果
传感器对完全互补目标 DNA 响应最高，非互补序列几乎不引起信号变化，三种单碱基错配序列信号低于完全互补但高于非互补，表明其具有序列特异性和单碱基错配区分能力。对 2.0×10^-11 M 目标 DNA 的相对标准偏差为 6.8%（n=8）。传感器可在 65°C 水中变性 5 min 后再生，Y 型复合物熔解温度约 47°C，显示良好可重复使用性。其检出限 7.6×10^-13 M 低于同类 RuHex 静电结合 DNA 传感器，略高于酶催化或纳米颗粒放大策略，但制备简单、操作方便、成本低，作者认为适合发展集成化、便携式低成本 DNA 检测设备。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金盘电极（gold disk electrode, GE），提供导电基底与电子转导界面
- 识别元件：捕获探针 A（capture probe A，5′HS-寡核苷酸），通过硫醇端自组装固定于金表面并识别目标 DNA
- 封闭/取向优化层：巯基己醇（mercaptohexanol, MCH），封闭金表面空位、优化探针 A 取向并减少非特异吸附
- 识别元件：报告探针 B（reporter probe B），与目标 DNA 预退火后参与形成 Y 型三元复合物
- 信号标记物：六氨合钌(III)（[Ru(NH3)6]3+, RuHex），通过静电作用结合 DNA 骨架并提供氧化还原信号
- 检测介质：10 mM Tris–HCl 缓冲液（pH 7.0），用于电化学测量；杂交缓冲液为 1 M NaCl–10 mM TE（pH 8.0）
- 辅助电极体系：Ag/AgCl 参比电极与铂丝辅助电极，构成三电极电化学测量系统
中文摘要
本文报道了一种新型 junction-probe 电化学 DNA 生物传感器，用于痕量 DNA 的序列特异性检测，具有较高灵敏度和区分能力。该传感器基于 junction-probe 检测策略，通过模板增强杂交过程（TeHyP）实现检测。TeHyP 指在特定温度下两个不能相互杂交的探针，在模板（目标 DNA）存在下通过形成三元复合物（Y 型连接结构）而退火。形成的 Y 型结构随后用电化学方法检测，以六氨合钌(III)（[Ru(NH3)6]3+，RuHex）作为信号分子。Y 型结构形成后，通过静电相互作用使更多 RuHex 结合到电极表面，导致电化学信号增加。该增加信号能敏感反映目标 DNA 浓度，并与目标 DNA 浓度呈良好线性关系。采用该策略，传感器可检测低至 7.6×10^-13 M 的目标 DNA，并对单碱基错配具有高分辨能力。此外，该传感器制备简单、操作方便，具有良好稳定性、重现性和可重复使用性。
英文摘要
A novel junction-probe electrochemical biosensor for the sequence-specific detection of DNA with higher sensitivity and higher discrimination ability was described in here. This DNA biosensor is based on "junction-probe" detection strategy, which operates via a concept called template-enhanced hybridization processes (TeHyP). TeHyP encompasses a design strategy whereby two probes that do not hybridize to each other at a specific temperature can be made to anneal to each other in the presence of a template (target) via the formation of a ternary complex ("Y" junction structure). The resulting structure that forms after the template-enhanced hybridization then was detected by electrochemical method with [Ru(NH(3))(6)](3+) as signal molecule. We demonstrated that the formation of "Y" junction structure brings more [Ru(NH(3))(6)](3+) to the electrode surface via electrostatic interaction and results in an increasing electrochemical signal. The increasing electrochemical signal sensitively reflects the concentration of target DNA and shows a good linear relationship with the concentration of target DNA. By employing above strategy, this DNA biosensor could detect as low as 7.6 x10(-13)M target DNA and exhibited high discrimination ability even against single-base mismatch. In addition, this novel DNA biosensor is easy to fabricate and convenient to operate, and shows good stability, reproducibility and reusability.