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，5′-CCT CCT CAC CAA AAA A-3′）；样品基质：PBS 缓冲液（pH 6.83，50 mM NaCl）及 Tris-HCl/KCl 缓冲液（0.2 M，pH 7.4）
检测原理
探针 DNA 通过 5′ 端硫醇基团固定在 Au NP 修饰电极表面，MCH 封闭后形成有序单分子层。目标 DNA 与探针杂交形成双链 DNA（dsDNA），使界面负电荷密度增加。六氨合钌(III)（RuHex）通过静电作用与 DNA 磷酸骨架结合，形成表面受限氧化还原对；杂交后 dsDNA 捕获更多 RuHex，差分脉冲伏安（DPV）峰电流增量 ΔI 随目标 DNA 浓度升高而增大。Au NPs 由 HAuCl4 与 Cu 牺牲电极无电置换沉积，显著增大电极表面积，并因小曲率半径改善 DNA 取向和杂交效率，从而放大信号。最终通过 CV/DPV 读取 RuHex 氧化还原电流实现目标 DNA 检测。
检测灵敏度
LOD: 1×10−11 M（Au NP 修饰 PEM 电极）；检测限: 10−8 mol/L（平面金电极）；浓度范围: 1×10−5 M–1×10−11 M
效应效果
该传感器对非互补目标 DNA 无或仅可忽略的 DPV 响应，选择性良好。Au NP 修饰 PEM 电极的杂交效率约 75%，高于 Au NP 修饰平面电极的 68% 和平面金电极的 53%；探针 DNA 固定量分别为平面金的 4.3 倍和 2.5 倍。相对表面积比为 PEM/Au NP 修饰平面/平面金约 3.3:2.3:1。每个校准点由三个独立电极同时测定，表明方法可重复。电极可在 80 °C 热水中处理 10 min 再生，三次循环后基本保持原始性能，探针损失可忽略。作者认为其低检测限适合临床分析，并可用于免疫传感器和酶传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：平面金电极（Au electrode），抛光金，表观面积 20 mm2，提供导电基底与电化学换能
- 聚电解质多层（PEM）：巯基丙酸（MPA）自组装单层 + 聚烯丙基胺盐酸盐/聚苯乙烯磺酸盐（PAH/PSS）交替多层，外层 PAH，作为模板并增强 Au NPs 附着
- 金纳米颗粒修饰层：金纳米颗粒（Au NPs），由 HAuCl4 与 Cu 牺牲电极无电沉积形成，增大表面积并改善 DNA 固定/杂交
- 识别元件：探针 DNA（probe DNA，HS-(CH2)6-5′-TTT TTT GGT GAG GAGG-3′），硫醇端固定于 Au，用于识别目标 DNA
- 封闭/取向调节层：巯基己醇（MCH），处理 2 h，封闭非特异位点并形成有序 DNA 单分子层
- 信号标记物：六氨合钌(III)（[Ru(NH3)6]3+，RuHex），静电结合 DNA 磷酸骨架，作为氧化还原指示剂
- 测量介质：Tris-HCl 缓冲液（0.2 M，pH 7.4）含 KCl（0.1 M）或 PBS（pH 6.83，50 mM NaCl），提供离子导电环境
- 检测仪器：CHI 832b 电化学分析仪，三电极体系（Pt 对电极、Ag/AgCl 参比电极），CV/DPV 读出
中文摘要
本文报道了一种用于导电基底金纳米颗粒（Au NP）修饰的简单无电沉积策略。通过改变 HAuCl4 溶液浓度、沉积时间等条件，可在一定程度上控制 Au NP 修饰电极的形貌。无电沉积利用铜牺牲电极与 HAuCl4 发生置换反应，使 Au NPs 均匀沉积于金电极或聚电解质多层（PEM）表面；PEM 由巯基丙酸（MPA）单层及聚烯丙基胺盐酸盐/聚苯乙烯磺酸盐（PAH/PSS）交替组装而成，可增强 Au NPs 附着并影响其形貌。Au NP 修饰显著增大电极表面积，PEM 修饰电极的相对表面积约为平面金电极的 3.3 倍。以六氨合钌(III)（[Ru(NH3)6]3+，RuHex）为氧化还原指示剂，采用循环伏安（CV）和差分脉冲伏安（DPV）表征 DNA 固定与杂交。Au NP 修饰 PEM 电极对目标 DNA 的灵敏度可达 1×10−11 M，较平面金电极提高约 3 个数量级。
英文摘要
In this article, a simple strategy of electroless deposition for gold nanoparticle (Au NP) modification on the conductive substrate is developed. The morphology of Au NP modified electrode could be controlled to some extent by choosing different solution concentrations, deposition times, etc. The Au NP modification increased the electrode surface area largely, and the surface area after Au NP modification on the polyelectrolyte multilayer (PEM) assembled electrode was about 3.3 times that of the planar gold electrode. The enhancement of DNA immobilization and hybridization on the Au NP modified electrode were characterized by cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) with the use of Ru(NH(3))(6)(3+) as an electrochemical redox indicator. With this approach, the sensitivity of Au NP modified PEM electrode for target DNA could reach 1x10(-11)M. Compared with that of planar gold electrode, the detection limit was increased to be about 3 orders of magnitude.