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：Tris缓冲液（pH 7.4）溶液
检测原理
巯基修饰捕获DNA S1通过Au-S键固定于金电极。目标DNA S2加入后与S1杂交；Tri-AuNPs探针仅含一条与S2互补的识别单链，因此一个探针只结合一个目标分子，形成一对一夹心结构。该探针由桥DNA S3/S4连接两个AuNP生物条形码单元，构成三AuNP结构，AuNP表面负载约486条报告单链DNA。检测时，[Ru(NH3)6]3+通过静电作用结合报告DNA磷酸基团，计时库仑法测量其氧化电荷。目标DNA浓度升高时，电极表面捕获的Tri-AuNPs探针增多，报告DNA与Ru(III)复合物数量增加，电荷信号增强。放大机制来自三AuNP多颗粒结构、高密度报告DNA以及一对一识别避免多目标竞争结合。
检测灵敏度
LOD: 53 aM (3s)；响应范围: 1.0 × 10^-16–1.0 × 10^-14 M；拟合: y = -1.118 × 10^-4x^2 + 0.04029x + 0.05320 (x: 10^-16 M, y: mC)；r = 0.9987
效应效果
该传感器对完全互补目标DNA产生明显计时库仑信号，双碱基错配序列响应仅为互补序列的13.5%，非互补序列几乎无响应，显示良好序列选择性。在4.0×10^-16 M目标DNA下连续11次测量，相对标准偏差为3.8%，重现性良好。电极可在90°C热水中孵育10 min再生，三次再生后仍保留约92%原始信号。与modified bio bar codes技术相比，检测灵敏度约提高20倍；与DNA-AuNPs放大技术相比约提高200倍。作者认为该策略可用于极低浓度DNA的快速、特异、直接检测，并可拓展至适配体传感器和免疫分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（gold electrode），固定捕获DNA并传导电化学信号
- 识别元件：巯基修饰捕获DNA（S1），通过Au-S自组装固定于金电极，与目标DNA S2互补杂交
- 识别/放大探针：一对一识别Tri-AuNPs DNA探针，由桥DNA（S3/S4）连接两个AuNP生物条形码单元，仅一条识别单链DNA与目标杂交
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒（AuNPs）生物条形码单元（S6-1/S5、S6-2/S5），承载大量报告DNA并提供信号放大
- 信号放大元件：报告单链DNA（约486条），负载于AuNPs表面，结合[Ru(NH3)6]3+放大电化学信号
- 信号标记物：六氨合钌(III)（[Ru(NH3)6]3+），静电结合报告DNA磷酸基团，作为电化学活性信号转导剂
- 检测介质：10.0 mM Tris缓冲液（pH 7.4）含50 mM [Ru(NH3)6]3+，提供杂交与计时库仑检测环境
中文摘要
本文报道了一种基于三金纳米颗粒（Tri-AuNPs）DNA探针的一对一识别策略，用于构建高灵敏序列特异性DNA电化学生物传感器。传统生物条形码DNA检测虽利用金纳米颗粒（AuNPs）放大信号，但存在步骤复杂及信号放大单元与目标DNA一对多识别导致灵敏度下降的问题。该传感器将巯基修饰捕获DNA（S1）固定于金电极，目标DNA（S2）杂交后，再与Tri-AuNPs探针末端唯一识别单链杂交。Tri-AuNPs探针由桥DNA连接两个AuNP生物条形码单元形成三颗粒结构，仅含一条识别单链DNA，并负载约486条报告单链DNA。六氨合钌(III)（[Ru(NH3)6]3+）通过静电作用结合报告DNA，经计时库仑法检测其电荷。方法检出限为53 aM，响应范围为1.0×10^-16至1.0×10^-14 M，重复性RSD为3.8%，对双碱基错配序列具有良好选择性，并可再生使用。
英文摘要
A novel and highly sensitive biosensor for sequence specific DNA detection was constructed based on a strategy of one-to-one recognition reaction between Tri-AuNPs DNA probe signal amplification unit and target DNA.