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
转基因大豆（GMO soybean）中的 CaMV 35S 启动子 DNA（CaMV 35S promoter ODN）；样品基质为 PBS 缓冲液中的寡核苷酸靶标（模拟 GMO DNA 样品）
检测原理
含吡咯基团的 ODN 探针（P35S）与吡咯单体及羧基化 MWCNTs 共电聚合，固定在 cMWCNTs-PPy 导电膜上。当互补 CaMV 35S 靶标加入后，探针与靶标发生特异性杂交，在聚合物/溶液界面形成双链 DNA。双链 DNA 的聚电解质特性及静电/空间效应改变导电聚合物界面的离子传输和氧化还原开关速率，使电荷转移电阻 Rct 降低，EIS 呈现信号增强；同时杂交质量增加使 QCM 共振频率下降。MWCNTs 掺杂提高 PPy 导电性和电荷密度，增强无标记信号。QCM 在 4 pM 可检测，约 300 pM 饱和；EIS 低浓度下 1/Rct 与靶标浓度线性相关。
检测灵敏度
LOD: 4 pM (QCM)；EIS 线性方程: 1/Rct (Ω−1) = 0.32 × 10−4 × C −0.3 × 10−3 (C, pM)；EIS 低浓度拟合范围: 25–80 pM
效应效果
该传感器对互补 CaMV 35S 靶标呈特异性响应，非互补 2-base 突变靶标和无探针 C-PPy 对照在 QCM 中未引起明显频率变化，仅出现轻微石英失稳，说明信号来自 DNA 杂交。QCM 在 4 pM 即可检测到杂交，频率随靶标浓度增加持续下降，约 300 pM 达到饱和。EIS 中 Rct 由 0 pM 的 2525 Ω cm2 降至 25–81 pM 的约 60–75 Ω cm2，1/Rct 与浓度呈线性关系，体现“信号增强”。作者认为相比放射性/荧光法，该无标记电化学/QCM 方法快速、简单，适合 GMO 筛查，并可拓展至蛋白传感器。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：AT-cut 石英晶体（QCM，5 MHz）溅射 Au 电极，或 Au/Pt 梳状微电极，提供电聚合基底并用于 QCM/EIS 换能。
- 导电聚合物基体：聚吡咯（PPy）薄膜，由吡咯（Py）在 PBS 中电聚合形成，提供导电通道和探针固定基体。
- 纳米材料掺杂层：羧基化多壁碳纳米管（cMWCNTs，3 mg mL−1）掺入 PPy 形成 C-PPy 复合膜，提高电荷密度、导电性和电子转导。
- 识别元件：含吡咯基团寡核苷酸探针（ODN probe-pyrrole，P35S，1 μL mL−1）与 Py 共聚合固定，特异性结合 CaMV 35S 互补靶标。
- 信号读出：无标记（label-free）界面，杂交后通过 QCM 频率变化反映质量增加，通过 EIS 电荷转移电阻 Rct 变化反映电子转导增强。
中文摘要
本文报道了一种基于多壁碳纳米管掺杂聚吡咯（MWCNTs-PPy）的无标记 DNA 电化学生物传感器，用于转基因生物（GMO）检测。以除草剂耐受大豆中的 CaMV 35S 启动子序列为模型靶标，将含吡咯基团的寡核苷酸探针与吡咯单体及羧基化 MWCNTs 共电聚合，制备 C-PPy-ODN 修饰电极。利用石英晶体微天平（QCM）和电化学阻抗谱（EIS）监测 DNA 杂交。随着互补靶标浓度增加，法拉第电荷转移电阻 Rct 下降，呈现“信号增强”行为；QCM 频率下降反映杂交质量增加。结果表明该体系灵敏度高，QCM 可检测低至 4 pM 靶标，约 300 pM 达到饱和；非互补靶标和无探针对照无明显响应。该无标记体系不仅可用于 DNA 检测，也可拓展至蛋白生物传感器构建。
英文摘要
In this paper, we describe DNA electrochemical detection for genetically modified organism (GMO) based on multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs)-doped polypyrrole (PPy). DNA hybridization is studied by quartz crystal microbalance (QCM) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). An increase in DNA complementary target concentration results in a decrease in the faradic charge transfer resistance (R(ct)) and signifying "signal-on" behavior of MWCNTs-PPy-DNA system. QCM and EIS data indicated that the electroanalytical MWCNTs-PPy films were highly sensitive (as low as 4pM of target can be detected with QCM technique). In principle, this system can be suitable not only for DNA but also for protein biosensor construction.