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 ssDNA, cDNA）/序列特异性DNA；样品基质：HAc-NaAc缓冲液（pH 5.8）杂交液与Britton-Robinson缓冲液（B-R，pH 7.0）检测液。
检测原理
传感器以羧基功能化SWNTs垂直组装的GCE为平台，pDNA探针通过π-堆积、疏水作用和范德华力缠绕在SWNTs表面。加入目标cDNA后，pDNA与cDNA通过碱基氢键杂交形成dsDNA；由于dsDNA双螺旋结构更刚性且氢键结合更强，其从SWNTs表面剥离。随后在-0.6 V预处理和0.5% SDS洗涤下，带负电的dsDNA被进一步去除，使电极表面鸟嘌呤含量下降。DPV直接检测pDNA中鸟嘌呤碱基的氧化电流，杂交程度越高，氧化峰电流降低越多，因此电流变化与cDNA浓度呈线性关系。该过程无外源标记，利用ssDNA/SWNT相互作用和杂交剥离实现信号转换。
检测灵敏度
LOD: 20 nM (3s)；线性范围: 40-110 nM；回归方程: ipa = -0.0177c + 1.903 (µA, r = 0.9906)
效应效果
选择性方面，0.1 µM cDNA使鸟嘌呤氧化电流下降95%，非互补DNA仅下降3%；单碱基错配中末端错配下降93%、中部错配下降87%，双碱基错配中一端错配下降75%、两端错配下降5%、中部错配下降73%，表明末端碱基对杂交识别起主导作用。重现性方面，11次平行固定pDNA的RSD为1.6%，100 nM cDNA重复8次测量RSD为2.0%。稳定性方面，SWNTE在pH 7.0 B-R缓冲液中浸泡2个月后固定ssDNA能力无明显下降。可重复使用性方面，同一SWNTE经超声和SDS洗涤后可重复使用3000次，DPV响应无明显衰减。作者强调该传感器无标记、易再生，并可切换检测不同目标DNA序列。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经K2Cr2O7/HNO3氧化，提供表面官能团并作为电子转导基底。
- 连接层：乙二胺（EDA）在EDC/NHS作用下与GCE形成酰胺键，用于共价连接SWNTs。
- 纳米材料修饰层：羧基功能化单壁碳纳米管（COOH-SWNTs）垂直组装形成SWNTE，提供导电通道和ssDNA缠绕界面。
- 识别元件：单链DNA探针（pDNA，5′-CGA CAG TGG TCC CAA AGA-3′）通过π-堆积、疏水作用和范德华力缠绕SWNTs，识别互补cDNA。
- 杂交/剥离介质：0.5% SDS的Britton-Robinson缓冲液（B-R，pH 7.0）与-0.6 V预处理，促进dsDNA从SWNTs剥离去除。
- 检测介质：0.2 M Britton-Robinson缓冲液（B-R，pH 7.0），用于DPV检测鸟嘌呤氧化。
- 信号标记物：无外源标记，直接利用pDNA中鸟嘌呤（G）碱基的电化学氧化作为信号。
中文摘要
羧基功能化单壁碳纳米管（SWNTs）以乙二胺为连接剂垂直组装在玻璃碳电极上，构建有序电极（SWNTE）。单链DNA（ssDNA）基于ssDNA与SWNT的相互作用缠绕在SWNTs表面，形成ssDNA包覆SWNTE结构。由于鸟嘌呤碱基的电化学氧化，ssDNA包覆SWNTE在差分脉冲伏安法（DPV）中产生灵敏响应。当电极上的ssDNA与互补ssDNA（cDNA）杂交形成双链DNA（dsDNA）后，dsDNA经-0.6 V预处理从SWNTs上去除，导致鸟嘌呤DPV响应下降。使用后的SWNTE可通过超声清洗方便再生。基于该机制，作者设计了一种无标记、易再生的电化学DNA杂交生物传感器，通过直接监测鸟嘌呤电流变化进行检测。在优化条件下，鸟嘌呤测量信号与cDNA浓度在40–110 nM范围内呈良好直线关系，检出限为20 nM（3s）。该传感器可方便地切换检测不同目标DNA。
英文摘要
Carboxylic group-functionalized single-walled carbon nanotubes (SWNTs) were assembled vertically on the glassy carbon electrode using ethylenediamine as linking agent to fabricate an aligned electrode (SWNTE). Single-stranded DNA (ssDNA) wrapped around the SWNTs to form ssDNA-wrapped SWNTE structures based on the interaction between ssDNA and SWNT. A sensitive differential pulse voltammetric (DPV) response was obtained at the ssDNA-wrapped SWNTE owing to the electrooxidation of guanine bases. Double-stranded DNA (dsDNA) was formed when ssDNA on the ssDNA-wrapped SWNTE was hybridized with complementary ssDNA (cDNA). The dsDNA was removed from the SWNTs by undergoing a process of preconditioning at -0.6 V. Consequentially, the DPV response of guanine bases decreased. The used SWNTE could be renewed easily via ultrasonically rinsing. On the basis of this mechanism, a label-free and readily reusable electrochemical DNA hybridization biosensor was designed by directly monitoring the current change of guanine bases. Under optimum conditions, the plot of the measurement signal of guanine bases versus the cDNA concentrations was a good straight line in the range of 40-110 nM with a detection limit of 20 nM (3s). The biosensor can be switched to detect different target DNAs easily.