组成图示
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传感器类型
其他（电化学-压电双模态 DNA 杂交生物传感器）
检测对象
单链靶 DNA（target ssDNA, bt-DNA）及有毒物诱导的 DNA 损伤/解旋（DNA damage/unwinding）；样品基质：PBS 缓冲液中的 Cr(VI) 溶液、除草剂/农药水溶液
检测原理
传感器以金电极/石英晶体为基底，经 MUD/bMUD SAM、SA 固定生物素化探针 DNA bp-DNA。互补生物素化靶 DNA bt-DNA 与 bp-DNA 杂交形成双链，其 5′ 生物素再结合 Fc-SA，使二茂铁氧化还原中心靠近电极。完整双链的碱基堆叠支持 Fc 与电极间电子转移，循环伏安产生氧化电流；EQCN 同时监测各层质量引起的频率下降。若存在单碱基错配，或 Cr(VI)、农药、除草剂等毒物使 DNA 发生氧化、链断裂、碱基去堆叠或双螺旋解旋，电子传输受阻，Fc 电流下降，损伤程度以 φDNA=(I0-It)/I0 表示。该体系无酶或核酸扩增，信号放大主要依赖 Fc-SA 多价结合和 DNA 导电完整性。
检测灵敏度
EQCN: 线性范围: 1×10−9–150×10−9 M；定量限: ca. 30×10−9 M；-Δf=(0.418±0.03)CbtDNA+(1.94±0.5), r=0.992；信噪比: 40。CV: 线性范围: 1×10−6–6×10−9 M（对 log[bt-DNA]）；定量限: ca. 42 fmol in a 7 μl droplet (ca. 6×10−9 M)；LOD: ca. 7 fmol in a 7 μl droplet (ca. 1×10−9 M)。
效应效果
传感器可区分互补与错配序列：单 C–A 错配使 Fc 电流下降 38%，双错配下降 52%；非互补序列无信号。重现性在 1×10−6–1×10−9 M 内 RSD 约 10%，2 h 内 RSD 约 1%，14 h 后保持 70%。无 DNA 的压电传感器暴露莠去津频率变化 <1 Hz，排除非特异结合。50 μM CrO4^2− 90 min φDNA=0.28，加抗坏血酸降至 0.08，加 H2O2 升至 0.34；Cr2O7^2− 30 min φDNA=0.68。1 mM 农药/除草剂中，莠去津 0.58、2,4-D 0.47、草铵膦铵 0.52、克百威 0.48、二氟脲 0.54、对氧磷乙酯 0.72。作者认为可快速筛选环境污染物 DNA 损伤。
传感器的构成
- 基底/换能器：AT-cut 石英晶体压电谐振器（10 MHz）与 200 nm 金电极（Ti 粘附层），用于 EQCN 质量-频率换能和电化学工作电极
- 自组装单分子层：MUD 与 bMUD 混合硫醇 SAM（MUD:bMUD=9:1，0.9 mM MUD + 0.1 mM bMUD），提供疏水背景与生物素连接位点
- 亲和连接层：链霉亲和素 SA（0.2 mg/mL，PBS pH 7.4），通过生物素-亲和素高亲和结合固定探针 DNA
- 识别元件：生物素化单链探针 DNA bp-DNA（1 μM，5′-biotin-ATTCGACAGGGATAGTTCGA-3′），与互补靶 DNA 杂交
- 靶/损伤对象：生物素化互补靶 DNA bt-DNA（5′-biotin-TCGAACTATCCCTGTCGAAT-3′）或受毒物损伤的 DNA，杂交后形成双链
- 信号标记/换能层：二茂铁标记链霉亲和素 Fc-SA（40 μM），结合 bt-DNA 5′ 生物素，提供 Fc/Fc+ 氧化还原信号
- 缓冲介质：0.02 M PBS（pH 7.4）及含 1 M NaCl 的杂交缓冲液，维持杂交、电导和冲洗
中文摘要
本文报道了用于检测探针-靶单链 DNA 序列中单个错配的电化学与纳米重力 DNA 杂交生物传感器。伏安换能通过将二茂铁基团偶联到与生物素化靶 DNA 结合的链霉亲和素实现；质量相关频率换能通过将传感探针 DNA 固定于振荡在 10 MHz 频段的金涂层石英晶体压电谐振器实现。传感器的高灵敏度使其可用于研究六价铬物种、常见农药和除草剂等有毒污染物引起的 DNA 损伤。结果表明，传感器对 Cr(VI) 造成的损伤响应迅速，Cr2O7^2− 以及含 H2O2 的 CrO4^2− 比单独 CrO4^2− 造成更严重损伤。所有受检除草剂和农药均引起 DNA 损伤或导致双螺旋解旋的结构改变，其中对氧磷乙酯和莠去津造成最快、最严重的损伤。作者据此提出了有毒物与 DNA 损伤相互作用的物理化学机制，并认为该方法可作为快速筛选和比较环境污染物 DNA 损伤的简易协议。
英文摘要
Electrochemical and nanogravimetric DNA-hybridization biosensors have been developed for sensing single mismatches in the probe-target ssDNA sequences. The voltammetric transduction was achieved by coupling ferrocene moiety to streptavidin linked to biotinylated tDNA. The mass-related frequency transduction was implemented by immobilizing the sensory pDNA on a gold-coated quartz crystal piezoresonators oscillating in the 10MHz band. The high sensitivity of these sensors enabled us to study DNA damage caused by representative toxicants and environmental pollutants, including Cr(VI) species, common pesticides and herbicides. We have found that the sensor responds rapidly to any damage caused by Cr(VI) species, with more severe DNA damage observed for Cr(2)O(7)(2-) and for CrO(4)(2-) in the presence of H(2)O(2) as compared to CrO(4)(2-) alone. All herbicides and pesticides examined caused DNA damage or structural alterations leading to the double-helix unwinding. Among these compounds, paraoxon-ethyl and atrazine caused the fastest and most severe damage to DNA. The physico-chemical mechanism of damaging interactions between toxicants and DNA has been proposed. The methodology of testing voltammetric and nanogravimetric DNA-hybridization biosensors developed in this work can be employed as a simple protocol to obtain rapid comparative data concerning DNA damage caused by herbicide, pesticides and other toxic pollutants. The DNA-hybridization biosensor can, therefore, be utilized as a rapid screening device for classifying environmental pollutants and to evaluate DNA damage induced by these compounds.