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
互补单链 DNA（complementary single-stranded DNA, target ssDNA S2，HBV 相关 21-mer 寡核苷酸）；样品基质为 Tris–HCl 缓冲液（pH 7.0）
检测原理
金电极表面先自组装 4-ATP，其氨基经重氮化后与另一 4-ATP 偶联，形成 mercapto-diazoaminobenzene 单分子层；该层具有较大共轭结构，有利于电子转移。AuNPs 通过巯基自组装于该层，作为导电桥并增大探针 ssDNA S1 的负载。目标 ssDNA S2 与 S1 杂交形成 dsDNA，使界面负电荷增加并改变阻抗；Co(phen)3^3+ 特异性嵌入 dsDNA 碱基对，作为可逆氧化还原指示剂。DPV 中 Co(phen)3^3+/2+ 峰电流随 S2 浓度升高而增大，实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: 9.10 × 10^-11 M；线性范围: 3.01 × 10^-10–1.32 × 10^-8 M；R^2 = 0.9932；回归方程: Δip = 4.927C + 1.732 × 10^-8 (C, 10^-2 M; Δip, A)；检出限按 3σ 估算（n = 11）
效应效果
该传感器对互补目标 S2 产生明显 DPV 响应，而对非互补序列 S3 几乎无响应，选择性良好。在 2.222×10^-9 M S2 条件下，11 次连续杂交的相对标准偏差为 3.9%。储存 1 个月后仍保留超过 97.4% 的初始电流响应，表明 mercapto-diazoaminobenzene 单分子层对探针固定具有稳定作用。通过 95°C 热水洗涤 5 min 并冰浴冷却可实现再生，12 次再生/杂交循环后仍保留 96% 的原始电流响应。与作者此前 HBV DNA 检测工作相比，该传感器线性范围更宽、检出限更低。作者认为该 AuNPs 修饰策略可推广至其他生物分子分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode），提供导电基底与电子转移动力
- 自组装单分子层：4-氨基硫酚（4-ATP），通过 Au–S 键自组装于金电极，提供氨基反应位点
- 重氮化-偶联共价层：重氮化 4-ATP 与另一 4-ATP 氨基偶联形成 mercapto-diazoaminobenzene 单分子层（ATP–diazo-ATP/Au），引入巯基并增强电子传导
- 纳米材料修饰层：13 nm 金纳米颗粒（AuNPs），通过巯基自组装于 mercapto-diazoaminobenzene 单分子层，作为导电桥并增大 DNA 负载
- 识别元件：硫醇端探针单链 DNA（HS-ssDNA, S1），固定于 AuNPs 表面，与目标 DNA 杂交
- 信号标记物：三(1,10-菲啰啉)钴(III)（Co(phen)3^3+），特异性嵌入杂交形成的双链 DNA，作为电化学指示剂
中文摘要
本文提出一种在金电极表面构建金纳米颗粒（AuNPs）修饰层的新方案，基于 AuNPs 在 mercapto-diazoaminobenzene 单分子层修饰电极上的自组装。该 mercapto-diazoaminobenzene 单分子层通过重氮化-偶联反应将 4-氨基硫酚（4-ATP）分子共价固定到另一 4-ATP 功能化金电极上获得。进一步研究了 AuNPs 修饰电极上的 DNA 固定与杂交。由于 mercapto-diazoaminobenzene 单分子层具有较大的共轭结构，所制备的 AuNPs–ATP–diazo-ATP 膜对电活性物质向电极表面的电子转移表现出高效能力。以 Co(phen)3^3+ 为电化学指示剂，通过差分脉冲伏安法测定所构建电化学生物传感器对互补单链 DNA 的识别。对互补目标 DNA 的线性检测范围为 3.01×10^-10–1.32×10^-8 M，检出限为 9.10×10^-11 M。所构建传感器还具有良好的选择性，并可容易再生。
英文摘要
A novel protocol for the gold nanoparticles (AuNPs) modification on the electrode surface was proposed, which was based on the self-assembly of AuNPs on the mercapto-diazoaminobenzene monolayer modified electrode. The mercapto-diazoaminobenzene monolayer was obtained by covalent immobilization of 4-aminothiophenol (4-ATP) molecules onto another 4-ATP monolayer functionalized gold electrode by diazotization-coupling reaction. The DNA immobilization and hybridization on the AuNPs modified electrode was further investigated. The prepared AuNPs-ATP-diazo-ATP film demonstrated efficient electron transfer ability for the electroactive species toward the electrode surface due to a large conjugated structure of the mercapto-diazoaminobenzene monolayer. The recognition of fabricated electrochemical DNA biosensor toward complementary single-stranded DNA was determined by differential pulse voltammetry with the use of Co(phen)(3)3+ as an electrochemical indicator. A linear detection range for the complementary target DNA was obtained from 3.01 x 10(-10) to 1.32 x 10(-8) M with a detection limit of 9.10 x 10(-11) M. The fabricated biosensor also possessed good selectivity and could be regenerated easily.