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
鲍曼不动杆菌基因组 DNA（Acinetobacter baumannii genomic DNA）、铜绿假单胞菌 DNA（Pseudomonas aeruginosa DNA）、吲哚染色杆菌 DNA（Chryseobacterium indologenes DNA）、荧光假单胞菌 DNA（Pseudomonas fluorescens DNA）；样品基质为细菌培养物煮沸提取并经 PCR 扩增的 DNA 溶液（来源于血液或痰分离株）。
检测原理
玻璃表面经 3-GPS 修饰后固定细菌特异性 DNA 探针。PCR 扩增的细菌 DNA 由 5′ 生物素标记引物标记，与探针杂交。AuNPs-streptavidin 通过生物素-链霉亲和素结合到杂交双链上。加入 Ag+ 与氢醌银增强液后，AuNPs 催化氢醌还原 Ag+ 为银金属，在 AuNPs 周围沉积并逐渐在平行金电极间形成导电银桥。被测 DNA 浓度越高，结合 AuNPs-streptavidin 越多，银桥越连续，两电极间阻抗越低。LCR 表在 100 Hz、0.5 V 下测量阻抗模值，15 min 内读取信号。银沉淀放大策略将 DNA 杂交事件转换为电学阻抗变化。
检测灵敏度
LOD: 0.825 ng mL−1 (1.2 fM)
效应效果
该传感器在 15 min 内完成检测，适合快速筛查。特异性方面，四种细菌 DNA 仅与各自探针反应，同种不同菌株及同属不同种未出现交叉杂交，表现为种特异性而非株特异性。重现性方面，DNA 检出限处 RSD 为 13% (n=3)；AuNPs-streptavidin 在 10−7 mM 时 RSD 12%，在实验选用 10−3 mM 时 RSD 23%；特异性测试中各菌阻抗 RSD 为 46%–90% (n=3)。未报告实际临床样品加标回收率，也未与 ELISA、qPCR 等方法直接对比。作者认为方法简便、快速、低成本，每孔仅需约 30 μL 样品，可用于感染细菌检测和临床诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃载玻片（glass slide）上热蒸发 200 nm 金（Au）/20 nm 铬（Cr）平行薄膜电极，间距 20 μm，长度 1500 μm，用于阻抗换能。
- 表面修饰层：3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷（3-GPS）处理玻璃表面形成环氧硅烷基团，提高疏水性并固定氨基 DNA 探针。
- 识别元件：细菌特异性寡核苷酸 DNA 探针（如 Abau2、Paer2R、Cind5R、Pflu2，5 μM），固定于芯片表面并与目标 DNA 杂交。
- 信号标记/放大元件：金纳米颗粒-链霉亲和素（AuNPs-streptavidin），结合生物素标记 DNA 并催化银离子还原。
- 信号放大试剂：银增强液（Ag+ 与氢醌 hydroquinone 1:1），在 AuNPs 催化下生成银金属并在电极间形成导电桥。
- 反应腔结构：聚二甲基硅氧烷（PDMS）3.0 mm 厚、2.5 mm 孔形成 40 μL 固定体积反应孔，容纳杂交与银增强反应。
- 读出系统：LCR 表（100 Hz、0.5 V）测量两电极间阻抗模值，LabVIEW 程序自动采集数据。
中文摘要
本文报道一种基于 DNA 杂交与电微芯片换能器的细菌生物传感器。以鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）为模型，因其引起的医院血流感染发生率高。检测策略为：先以 5′端生物素标记引物 PCR 扩增细菌 DNA，使其与固定在芯片上的特异性寡核苷酸探针杂交；随后加入金纳米颗粒-链霉亲和素（AuNPs-streptavidin），通过生物素-链霉亲和素作用结合到杂交 DNA 上。在 Ag+ 与氢醌银增强反应中，AuNPs 催化 Ag+ 还原为银金属，银沉淀在电微芯片两电极间逐渐形成导电银桥，使阻抗下降。该传感器对鲍曼不动杆菌基因组 DNA 的检出限为 0.825 ng mL−1（1.2 fM）。探针特异性经不同菌种、同种不同菌株及同属不同种筛选验证。方法简便、快速，可用于感染细菌检测和临床诊断。
英文摘要
This paper presents a bacteria biosensor based on DNA hybridization detection with an electro-microchip transducer. Acinetobacter baumannii was chosen as DNA sample source, because the occurrence of bacteremia caused by Acinetobacter baumannii is high in hospitals worldwide. Our strategy is based on DNA hybridization of PCR amplified bacteria DNA with biotin labelled primers and detection enhancement using gold-streptavidin nanoparticles and Ag(+)-hydroquinone solution. Gold nanoparticles catalyze silver ions reduction by hydroquinone. The gradually precipitated silver metal between the two electrodes of the electro-microchip allows electrons to pass. The detection limit for Acinetobacter baumannii genomic DNA sample is 0.825 ng mL(-1) (1.2 fM). Probe specificity was investigated by screening various species of bacteria, various strains of a single species and various species of a single genus. The proposed DNA hybridization method is easy, convenient, and rapid. Moreover, it has potential applications in detection of bacteria causing infections and clinical diagnosis.