组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
完全互补 DNA 靶标（CdO23）、三错配 DNA 靶标（Mism3）、四错配 DNA 靶标（Mism4）；样品基质：10 mM Tris 缓冲液（含 NaCl/MgCl2）
检测原理
生物素化 DNA 探针经链霉亲和素高密度固定于金膜 SPR 表面，磷酸骨架负电荷在界面形成静电排斥。Na+ 与 Mg2+ 通过屏蔽负电荷改变探针-靶标杂交平衡；靶标结合后形成双链，使界面质量增加，SPR 波长/响应发生位移。平衡响应 B 与探针固定响应 A 用于计算杂交效率 HE，并进一步得到结合常数 K 和 ΔG298。由于表面空间受限，Mg2+ 的离子云更紧凑，屏蔽效率高于 Na+；错配使 ΔG 降低，优化 Na+/Mg2+ 组成可增强互补与错配区分。
检测灵敏度
—
效应效果
SPR 对 2 mM 非互补靶标在最高镁浓度下无明显响应，选择性良好。22 通道、8 芯片的 ΔG298 标准偏差小于 2%。1 M Na+ 与 15 mM Mg2+ 下固相 ΔG298 为 -42.6±0.8 和 -44.3±0.8 kJ/mol，低于溶液值 -139±7 和 -130±6 kJ/mol；溶液熔解温度 75.3±0.5 和 70.1±0.5 ℃。15 mM Mg2+、无 Na+ 时，三错配与四错配相对完全互补的 ΔG 差为 0.84 和 2.45 kJ/mol。Na+ 0–50 mM、Mg2+ 1.5–15 mM 可兼顾高杂交信号与错配区分，适用于 DNA 微阵列和生物传感器优化。
传感器的构成
- 基底/换能器：金膜 SPR 芯片（Au film），提供表面等离子共振换能
- 修饰层：链霉亲和素（streptavidin）修饰金表面，通过生物素-亲和素作用固定探针
- 识别元件：生物素化 23-mer DNA 探针（BdO23），识别互补或错配 DNA 靶标
- 被测物：DNA 靶标（CdO23、Mism3、Mism4），100 nM 溶液注入
- 离子环境：10 mM Tris 缓冲液含 NaCl/MgCl2，阳离子屏蔽影响杂交平衡
- 信号标记物：无外源标记，双链形成引起界面质量变化
- 读出：PLASMON IV 波长扫描 SPR 传感器，监测响应随时间变化
中文摘要
固相杂交是 DNA 微阵列和生物传感器技术的核心过程。本研究利用表面等离子共振（SPR）传感器，系统考察一价钠离子与二价镁离子对高密度固定 DNA 探针与完全互补或部分错配 DNA 靶标杂交的同时影响。结果表明，阳离子屏蔽效应对固相杂交有显著作用，且由于表面负电荷探针密度高，其规律与溶液杂交明显不同。在固相体系中，15 mM Mg2+ 稳定双链的效率显著高于 1 M Na+，与溶液中一价离子更有效的趋势相反。固相双链去稳定程度随寡核苷酸长度增加而增大。通过优化缓冲液中阳离子组成，可在保持较高杂交信号的同时改善完全互补靶标与点错配靶标的区分，为 DNA 微阵列和生物传感器检测方案优化提供依据。
英文摘要
Solid-phase hybridization, i.e. the process of recognition between DNA probes immobilized on a solid surface and complementary targets in a solution is a central process in DNA microarray and biosensor technologies. In this work, we investigate the simultaneous effect of monovalent and divalent cations on the hybridization of fully complementary or partly mismatched DNA targets to DNA probes immobilized on the surface of a surface plasmon resonance sensor. Our results demonstrate that the hybridization process is substantially influenced by the cation shielding effect and that this effect differs substantially for solid-phase hybridization, due to the high surface density of negatively charged probes, and hybridization in a solution. In our study divalent magnesium is found to be much more efficient in duplex stabilization than monovalent sodium (15 mM Mg2+ in buffer led to significantly higher hybridization than even 1 M Na+). This trend is opposite to that established for oligonucleotides in a solution. It is also shown that solid-phase duplex destabilization substantially increases with the length of the involved oligonucleotides. Moreover, it is demonstrated that the use of a buffer with the appropriate cation composition can improve the discrimination of complementary and point mismatched DNA targets.