组成图示
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传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
未标记 DNA 寡核苷酸（DNA oligonucleotides，完全匹配 FM、单碱基错配 P1/P11/P21、非互补对照）、RNA 寡核苷酸（RNA oligonucleotides，完全匹配）；样品基质：3×HB 杂交缓冲液（3.0 M NaCl、0.3 M 柠檬酸钠，pH 7.0）
检测原理
该传感器采用无标记 SPR 检测。金表面先自组装 DNA-SH 与 MHO 混合单分子层，DNA-SH 的硫醇端化学吸附固定 21-mer 探针，MHO 提供间隔并降低非特异吸附。当目标 DNA/RNA 流过传感表面时，与探针互补杂交形成双链，使表面附近质量与介电环境改变，SPR 共振角/折射率增加，以响应单位（RU）读出。完全匹配形成稳定双链，信号随目标浓度升高而增大，可用 Langmuir 方程拟合；单碱基错配因双链稳定性降低或空间位阻导致结合量减少，中部（P11）和近端（P21）错配信号低于完全匹配，远端（P1）错配与完全匹配相近。杂交后可用 7 M 氯化胍原位解链再生，实现重复检测。
检测灵敏度
LOD: 20 pM；LOD: 10 femtomoles；浓度测试范围: 10 pM to 1 mM；最小测量浓度: 100 pM
效应效果
传感器对完全匹配与单碱基错配具有位置依赖选择性：P11 和 P21 错配信号低于完全匹配，P1 错配与完全匹配无显著差异；非互补对照冲洗后回到基线。1 mM 完全匹配目标 1 min 内产生 >100 RU，平均 ΔRU 为 174.7；结合亲和力 K 为 FM 2.4×10^8 M−1、P1 2.1×10^8 M−1、P11 1.6×10^8 M−1、P21 1.3×10^8 M−1。表面可经 7 M 氯化胍再生，至少 20 次循环响应不变；对流速 20–800 mL min−1 和温度 20–60 °C 不敏感，60 °C 后高探针密度表面保留 65% 目标。作者认为可用于微流控并行、无标记多样品分析及双读出。
传感器的构成
- 基底/换能器：SPR 传感模块硼硅酸盐玻璃片（borosilicate glass slide）上 500 Å 金膜（Au），提供 SPR 换能表面
- 自组装修饰层：5′端己烷硫醇连接臂修饰的 21-mer 探针 DNA（DNA-SH），通过硫醇化学吸附固定于金表面
- 间隔/封闭层：6-巯基-1-己醇（MHO）与 DNA-SH 形成混合单分子层，减少非特异吸附并间隔探针
- 识别元件：表面固定单链探针 DNA（21-base probe DNA），与目标 DNA/RNA 互补杂交
- 被测物：未标记目标 DNA 寡核苷酸（DNA oligonucleotides，FM/P1/P11/P21/对照）或 RNA 寡核苷酸（RNA oligonucleotides），样品基质为 3×HB 杂交缓冲液
- 信号读出：SPR 折射率变化（RU），由 ICx Nomadics SPR3/Spreeta 模块实时监测
- 再生液：7 M 氯化胍（guanidinium chloride）原位冲洗，用于解链再生传感表面
中文摘要
本文报道了一种基于表面等离子共振（SPR）的单核苷酸错配生物传感器，用于检测未标记 21 碱基 DNA 寡核苷酸与金表面固定互补 DNA 单分子层之间的杂交事件，并结合电化学阻抗谱（EIS）表征传感界面。探针 DNA 在 5′端引入己烷硫醇连接臂，通过硫醇自组装固定于金表面，并与 6-巯基-1-己醇（MHO）形成混合单分子层，以减少非特异吸附并调节探针间距。对完全匹配目标 DNA，传感器检出限为 20 pM；RNA 杂交也可被检测，检出限相近。当单碱基错配位于目标序列中部或近端时，SPR 信号可与完全匹配区分；远端错配响应与完全匹配相同。传感器可经 7 M 氯化胍原位再生，至少重复 20 次杂交/再生循环，且对流速（20–800 mL min−1）和温度（20–60 °C）不敏感。基于 SPR 响应估算探针表面密度至少为 4.3×10^12 分子 cm−2。
英文摘要
The detection and characterization of the hybridization event of 21-base, unlabeled DNA oligonucleotides with a monolayer of complementary DNA immobilized on a gold surface, by electrochemical impedance spectroscopy and surface plasmon resonance (SPR) is presented. A thiol modification on the probe DNA strand allowed for its attachment to the surface via self-assembly. For the hybridization of full match target DNA a detection limit of 20 pM was determined. RNA hybridization was also detectable with the same sensor, with a similar detection limit. The SPR signal generated upon hybridization of the full match was always distinguishable from the single mismatch target DNA oligonucleotides when the mismatch was in the middle or at the proximal end of the target DNA sequence. However, the response of the sensor was identical for the hybridization of the full match and the distal end mismatch. The SPR sensor described is reusable over at least 20 hybridization/regeneration cycles and is insensitive to flow rate (20-800 µL min-1) or temperature (20-60 °C). Based on the SPR response, the surface density of the probe was estimated to be at least 4.3 × 1012 molecules per cm2.