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
靶DNA（target DNA，互补寡核苷酸 5′-TAT ACG GTT CGC GC-3′）；样品基质为PBS缓冲液（pH 7.3），未报告实际血清/尿液等生物样品
检测原理
该传感器以金电极为基底，经1,6-己二硫醇自组装后固定中空金纳米球（HGN），再固定巯基修饰探针DNA。HGN的大比表面积和尖刺状金纳米晶结构可增加探针DNA固定量并改善其空间可及性。当靶DNA加入后，与探针DNA互补杂交形成双链DNA；三(1,10-菲啰啉)钴(III)（Co(phen)3^3+）可嵌入双链DNA碱基对之间，而几乎不结合单链DNA。差分脉冲伏安法（DPV）检测Co(phen)3^3+的氧化还原峰电流，峰电流增量随靶DNA浓度增加而增大，并在1 pM–10 nM范围内与其对数呈线性关系。该过程无酶促或核酸链置换放大，主要依靠HGN界面增强固定与杂交效率。
检测灵敏度
LOD: 1 pM (S/N = 3)；线性范围: 1 pM–10 nM；线性相关系数: 0.998
效应效果
该传感器对互补靶DNA响应显著，非互补和错配序列响应与单链探针电极基本一致，选择性良好。10 nM靶DNA下，裸金及A–E HGN电极DPV峰电流增量分别为0.34±0.02、0.51±0.02、0.59±0.03、0.66±0.04、0.72±0.03、0.68±0.04×10^-7 A，D样品约为裸金2倍。可再生8次，信号损失约20%；4 ℃保存2周保留约95%响应。未报告实际样品回收率或ELISA/qPCR对比，作者认为可用于临床分析物并推广至蛋白/酶传感器。
传感器的构成
- 工作电极基底：金电极（Au electrode），经0.05 μm氧化铝抛光，作为电化学换能器
- 自组装连接层：1,6-己二硫醇（1,6-hexanedithiol），在金表面形成单分子层并连接HGN
- 纳米材料修饰层：中空金纳米球（HGN），由Co纳米颗粒与HAuCl4置换反应制备，表面尖刺状金纳米晶增大表面积
- 识别元件：巯基修饰单链探针DNA（thiolated ssDNA probe），通过硫醇-金键固定并识别靶DNA
- 信号标记物：三(1,10-菲啰啉)钴(III)（Co(phen)3^3+），嵌入双链DNA后产生氧化还原信号
- 检测介质：PBS缓冲液（pH 7.3），用于杂交与DPV/CV检测
中文摘要
本文以钴纳米颗粒为牺牲模板，通过改变四氯合金酸根与还原剂之间的化学计量比，制备了中空金纳米球（HGN）。随后利用1,6-己二硫醇作为连接分子，将HGN修饰在金电极表面，构建了一种新型电化学生物传感器。作者采用循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS），以铁氰化钾/亚铁氰化钾为电化学氧化还原指示剂，对传感器制备过程进行了表征；并进一步利用CV和差分脉冲伏安法（DPV），以三(1,10-菲啰啉)钴(III)（Co(phen)3^3+）为杂交指示剂，研究探针DNA的固定与杂交行为。结果表明，HGN修饰电极，尤其是外表面被密集尖刺状金纳米晶包覆的HGN，可显著增强DNA固定量和杂交能力。所构建的DNA生物传感器具有低检出限（1 pM）、宽动态范围（1 pM–10 nM）以及良好的稳定性和可重复使用性。
英文摘要
In this article, hollow gold nanospheres (HGN) were prepared by using Co nanoparticles as sacrificial templates and varying the stoichiometric ratio of HAuCl(4) over the reductants. The HGN was then modified on the electrode surface via a 1,6-hexanedithiol linking agent to fabricate a novel electrochemical DNA biosensor. The whole DNA biosensor fabrication process was characterized by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) methods with the use of ferricyanide as an electrochemical redox indicator. The probe DNA immobilization and hybridization on the modified electrode was further studied with CV and differential pulse voltammetry (DPV) methods by using Co(phen)(3)(3+) as an electrochemical hybridization indicator. Results revealed that the HGN modified electrode, especially for the HGN with the outer surface surrounded by densely spike-like nanocrystallites, could largely enhance the DNA hybridization ability. The fabricated DNA biosensor was proved to have a low detection limit (1 pM) and a wide dynamic range (from 1 pM to 10nM) with a high stability and reusability.