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
干扰素γ（IFN-γ）；样品基质：HEPES缓冲液、RPMI培养基及含10%血清的培养基/血清环境
检测原理
传感器以金电极为换能器，巯基化DNA发夹适配体通过5′端巯基自组装固定，3′端偶联MB氧化还原标记。未结合IFN-γ时，发夹闭合，MB靠近金表面，SWV下MB还原电流较高。IFN-γ与适配体结合后诱导发夹展开，MB远离电极，电子转移效率下降，法拉第还原电流降低。电流变化ΔI与IFN-γ浓度相关，低密度适配体层因空间充足、构象展开充分而灵敏度更高。无需酶催化或核酸扩增，信号放大主要依赖适配体构象变化改变MB-电极距离。
检测灵敏度
LOD: 0.06 nM（1 ng/mL）；线性范围: 延伸至10 nM；校准曲线: y = 2 × 10^-8x + 1 × 10^-6；R^2 = 0.9801
效应效果
该传感器对IFN-γ具有良好选择性：100 nM IgG、抗IgG和BSA均无明显响应，而3.6 nM IFN-γ可产生明显电流下降。在含10%血清的RPMI培养基中，背景信号损失约70%，但加标IFN-γ仍可获得可分辨的电流变化，表明可在复杂血清环境中检测。低适配体密度（4.17×10^12 molecules/cm^2）电极对20 nM IFN-γ信号抑制约85%，比高密度电极高约3.4倍，LOD分别为0.06、0.3和0.6 nM。传感器经7 M尿素再生后可重复使用10次且信号无明显损失。与传统ELISA相比灵敏度低5–10倍，但无需多步洗涤和标记，可动态监测并重复使用。
传感器的构成
- 换能器电极：金工作电极（Au electrode），提供电子转移界面与法拉第电流响应
- 识别/信号一体化元件：巯基化DNA发夹适配体（thiolated DNA hairpin aptamer），5′端C6二硫键/巯基自组装，含IFN-γ结合序列，结合后构象展开
- 氧化还原标记：亚甲基蓝（MB），通过NHS酯偶联到适配体3′端氨基，作为电化学信号标记
- 封闭/钝化层：6-巯基-1-己醇（MCH），占据金表面非特异区域，降低非特异吸附
- 电解液/缓冲体系：10 mM HEPES缓冲液（pH 7.4，含150 mM NaCl），维持适配体构象与电化学测量环境
中文摘要
本文报道了一种基于DNA适配体的电化学生物传感器用于检测干扰素γ（IFN-γ）。将含有IFN-γ结合适配体的DNA发夹分子进行巯基化修饰，并在3′端偶联亚甲基蓝（MB）氧化还原标记，通过自组装固定于金电极表面。IFN-γ结合后使适配体发夹结构展开，MB氧化还原分子远离电极，电子转移效率降低，导致法拉第电流下降。采用方波伏安法（SWV）定量电流变化，该信号对IFN-γ浓度高度敏感。优化后传感器检出限为0.06 nM，线性响应范围延伸至10 nM。该适配体传感器在过量血清蛋白存在下仍对IFN-γ具有特异性，并可通过尿素缓冲液破坏适配体-IFN-γ复合物实现再生和多次重复使用。与标准夹心免疫分析相比，该传感器无需多步洗涤和多种试剂即可直接检测IFN-γ结合，有望应用于免疫学、癌症研究和感染性疾病监测。
英文摘要
In this paper, we describe the development of an electrochemical DNA aptamer-based biosensor for detection of interferon (IFN)-γ. A DNA hairpin containing IFN-γ-binding aptamer was thiolated, conjugated with methylene blue (MB) redox tag, and immobilized on a gold electrode by self-assembly. Binding of IFN-γ caused the aptamer hairpin to unfold, pushing MB redox molecules away from the electrode and decreasing electron-transfer efficiency. The change in redox current was quantified using square wave voltammetry (SWV) and was found to be highly sensitive to IFN-γ concentration. The limit of detection for optimized biosensor was 0.06 nM with linear response extending to 10 nM. This aptasensor was specific to IFN-γ in the presence of overabundant serum proteins. Importantly, the same aptasensor could be regenerated by disrupting aptamer-IFN-γ complex in urea buffer and reused multiple times. Unlike standard sandwich immunoassays, the aptasensor described here allowed one to detect IFN-γ binding directly without the need for multiple washing steps and reagents. An electrochemical biosensor for simple and sensitive detection of IFN-γ demonstrated in this paper will have future applications in immunology, cancer research, and infectious disease monitoring.