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
电化学生物传感器
检测对象
靶DNA（target DNA, S2）/序列特异性DNA（sequence-specific DNA）；样品基质：PBS/醋酸盐缓冲液体系（体外溶液，未涉及血清等实际生物样品）
检测原理
氨基捕获 DNA（S1）通过 EDC 偶联到羧基磁性微球（MBs），与靶 DNA（S2）杂交；S2 再与自组装在金纳米粒（Au NPs）上的巯基信号 DNA（S3）杂交，形成夹心复合物。Au NPs 表面通过静电吸附和酰胺键负载磷酸镉亚铁蛋白纳米粒（CPLA NPs），其蛋白笼内包磷酸镉。磁分离后，复合物置于 pH 4.6 醋酸盐缓冲液中，亚铁蛋白解离并释放 Cd2+。Cd2+ 在汞膜玻碳电极（Hg/GCE）上于 -1.4 V 富集，随后差分脉冲阳极溶出伏安法在 -0.66 V 产生峰电流。靶 DNA 浓度越高，结合的 Au NPs-CPLA 越多，释放的 Cd2+ 越多，峰电流越大。该策略利用 Au NPs 和亚铁蛋白双放大，单个靶信号可转化为约 45900 个 Cd2+ 氧化还原信号。
检测灵敏度
LOD: 5.1 × 10−17 M；线性范围: 2.0 × 10−16–1.0 × 10−14 M；灵敏度斜率: 0.25507（ΔI = 0.25507C − 0.24831）；相关系数: 0.9992
效应效果
在 2×10−15 M 靶 DNA 条件下，11 次独立测量的相对标准偏差（RSD）为 4.3%，表明重现性良好。选择性测试中，完全互补序列、双碱基错配序列和非互补序列均取 2×10−15 M，互补序列产生明显 Cd2+ 阳极溶出信号，双碱基错配序列信号显著减弱，非互补序列几乎无响应，说明传感器对双碱基错配 DNA 具有良好选择性。论文未报告长期稳定性、实际生物样品加标回收率或与 ELISA、HPLC、qPCR 等方法的定量对比，仅将其与 Li 等和 Zhang 等报道的敏感 DNA 传感器进行比较。作者认为该传感器灵敏度高、操作简便、检测快速，且纳米蛋白标签生物相容性好，适用于 DNA 诊断和一般生物分析。
传感器的构成
- 换能器电极：原位汞膜玻碳电极（in situ plated mercury film glassy carbon electrode, Hg/GCE），富集并溶出 Cd2+ 产生电流信号
- 检测介质：0.1 M 醋酸盐缓冲液（pH 4.6）含 HgCl2，使亚铁蛋白解离释放 Cd2+ 并支持汞膜形成
- 捕获载体：羧基修饰磁性微球（carboxyl-modified magnetic beads, MBs），固定捕获 DNA 并实现磁分离
- 捕获识别层：氨基功能化捕获 DNA（capture DNA, S1），通过 EDC 偶联到 MBs，与靶 DNA 杂交
- 信号识别层：巯基修饰信号 DNA（signal DNA, S3），自组装于 Au NPs，与靶 DNA 杂交
- 纳米信号载体：金纳米粒（Au NPs，约20 nm），负载 S3 和 CPLA NPs，提供第一级信号放大
- 标记物蛋白笼：磷酸镉负载亚铁蛋白纳米粒（cadmium phosphate-loaded apoferritin NPs, CPLA NPs），负载 Cd2+，酸性解离释放标记物，提供第二级放大
- 电化学系统：Ag/AgCl 参比电极、Pt 辅助电极与 Hg/GCE 工作电极组成三电极系统，用于 DPV/ASV 测量
中文摘要
本文报道了一种基于金纳米粒（Au NPs）和标记物负载亚铁蛋白纳米粒（apoferritin NPs）信号双放大的新型超敏电化学 DNA 检测方法。氨基功能化捕获 DNA 偶联于羧基修饰磁性微球，与靶 DNA 杂交后，再与自组装在 Au NPs 上的巯基信号 DNA 杂交，形成夹心结构；Au NPs 表面负载磷酸镉负载亚铁蛋白纳米粒（CPLA NPs）。在酸性醋酸盐缓冲液中，亚铁蛋白解离并释放电活性 Cd2+，随后通过汞膜玻碳电极上的阳极溶出伏安法进行定量。由于单个 Au NP 可负载数十个亚铁蛋白 NP，单个亚铁蛋白 NP 可负载约 1350 个 Cd2+，一个靶信号可转化为大量氧化还原信号。以镉为模型标记物时，线性范围为 2.0×10−16–1.0×10−14 M，检出限为 5.1×10−17 M。该传感器灵敏度高，重现性良好，并对双碱基错配 DNA 具有良好选择性。
英文摘要
A novel and ultrasensitive electrochemical approach for sequence-specific DNA detection based on signal dual-amplification with Au NPs and marker-loaded apoferritin NPs was reported. Target DNA was sandwiched between capture DNA coupled to magnetic beads and signal DNA self-assembled on Au NPs which were incorporated with marker-loaded apoferritin NPs. Subsequent electrochemical stripping analysis of the electroactive markers released from apoferritin NPs in acidic buffers provided a means to quantify the concentration of target DNA. In this means, one target signal could be transformed into multiple redox signals of the markers since a single Au NP could be loaded with dozens of apoferritin NPs, and an apoferritin NP could be loaded with thousands of markers. Under the optimum conditions, the linear range was from 2.0 × 10(-16) to 1.0 × 10(-14)M and the detection limit was 5.1 × 10(-17)M by using the cadmium as a model marker. The proposed DNA biosensor not only exhibited excellent sensitivity but also had good reproducibility and selectivity against two-base mismatched DNA.