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
过氧化氢（H2O2，PBS缓冲液）、蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）PCR扩增产物/基因组DNA模板（PBS缓冲液）
检测原理
传感器以铂丝微移液管电极为换能器，琼脂糖微珠提供高密度识别位点。H2O2检测中，生物素微珠通过生物素–链霉亲和素作用固定链霉亲和素-HRP，使电极界面具备催化活性；HRP催化H2O2与对苯二酚（HQ）反应，HQ在铂电极表面发生氧化还原循环，-0.30 V下稳态电流随H2O2浓度升高而增大。DNA检测中，双标记B. cereus扩增产物经生物素端结合链霉亲和素微珠，抗地高辛-HRP结合地高辛端形成夹心结构，界面HRP量随模板量增加；HRP催化H2O2/HQ体系产生电流。酶催化周转提供信号放大，无需核酸杂交。
检测灵敏度
LOD: 5.3 × 10−7 M；线性范围: 1.0 × 10−6–1.2 × 10−4 M；灵敏度斜率: dI/dC ∼0.4 (nA/μM)；R^2 = 0.998；DNA模板检测量: 0.001 ng (1 pg)
效应效果
H2O2检测在1.0×10−6–1.2×10−4 M内线性良好，R^2=0.998；单支Bio-BMP在1.0 mM H2O2下重复测量RSD为2.1%（n=6），六支同法制备传感器间标准差为14%，主要源于琼脂糖微珠尺寸和铂电极暴露面积差异。4 ℃保存2周后保留约95%初始电流。SA-BMP可检测0.001 ng（1 pg）B. cereus DNA模板，较常规凝胶电泳成像灵敏度提高约10倍。文中未报告选择性/抗干扰及实际样品回收率。作者认为该传感器制备简单、稳健，利用商品化功能化琼脂糖微珠避免复杂表面修饰，可拓展至微流控及多种分析物检测。
传感器的构成
- 工作电极基底：电化学刻蚀铂丝（Pt wire，25 μm），作为换能器并传导电子
- 微移液管封装：硼硅酸盐玻璃毛细管（borosilicate glass capillary），热熔融密封铂丝形成微移液管电极
- 微珠固定层：商品化琼脂糖微珠（agarose bead），穿刺固定在铂丝尖端，提供高生物相容性识别平台
- 识别元件：生物素（biotin）或链霉亲和素（streptavidin）功能化琼脂糖微珠表面，用于固定HRP或捕获双标记DNA
- 信号标记物：链霉亲和素-辣根过氧化物酶偶联物（streptavidin-HRP）或抗地高辛-HRP偶联物（anti-dig-HRP），催化底物产生电流
- 电子供体：对苯二酚（hydroquinone, HQ），作为氧化还原介质在铂电极上传递电子
- 酶促底物：过氧化氢（H2O2），作为HRP催化反应底物
- 封闭剂：2% BSA和0.1% Tween 20的PBS封闭液（blocking PBS），用于SA-BMP减少非特异结合
- 参比/对电极：Ag/AgCl电极，用于两电极电化学测量
中文摘要
本文研制并表征了一种简单、稳健的单微珠基电化学生物传感器。其工作电极为电化学刻蚀的铂丝，标称直径25 μm，通过热熔融密封在拉制玻璃毛细管（微移液管）中，无需环氧树脂或胶水。将商品化、高密度功能化琼脂糖微珠固定在刻蚀铂丝尖端，利用预功能化微珠可避免繁琐且复杂的表面功能化过程，而该过程常是电化学生物传感器开发的瓶颈。作者报道了生物素琼脂糖微珠基微移液管电化学（Bio-BMP）传感器监测H2O2浓度，以及链霉亲和素琼脂糖微珠基微移液管电化学（SA-BMP）传感器检测DNA扩增产物。Bio-BMP传感器响应随H2O2浓度在1×10−6至1.2×10−4 M范围内线性增加，检出限为5×10−7 M。SA-BMP可检测1 pg DNA模板的B. Cereus细菌扩增产物，检测灵敏度优于常规凝胶电泳成像。
英文摘要
A simple, robust, single bead-based electrochemical biosensor was fabricated and characterized. The sensor's working electrode consists of an electrochemically etched platinum wire, with a nominal diameter of 25 microm, hermetically heat-fusion sealed in a pulled glass capillary (micropipette). The sealing process does not require any epoxy or glue. A commercially available, densely functionalized agarose bead was mounted on the tip of the etched platinum wire. The use of a pre-functionalized bead eliminates the tedious and complicated surface functionalization process that is often the bottleneck in the development of electrochemical biosensors. We report on the use of a biotin agarose bead-based, micropipette, electrochemical (Bio-BMP) biosensor to monitor H(2)O(2) concentration and the use of a streptavidin bead-based, micropipette, electrochemical (SA-BMP) biosensor to detect DNA amplicons. The Bio-BMP biosensor's response increased linearly as the H(2)O(2) concentration increased in the range from 1 x 10(-6) to 1.2 x10(-4)M with a detection limit of 5 x 10(-7)M. The SA-BMP was able to detect the amplicons of 1pg DNA template of B. Cereus bacteria, thus providing better detection sensitivity than conventional gel-based electropherograms.