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
炭疽杆菌保护性抗原A基因DNA（Bacillus anthracis pag A gene DNA，PCR扩增产物）；样品基质：纯化PCR产物/无核酸酶水稀释液
检测原理
该传感器采用DNA夹心杂交与磁浓缩-电化学换能机制。首先，5'磷酸化检测探针通过EDC共价连接EAM纳米颗粒，3'生物素化捕获探针与检测探针分别识别炭疽杆菌pag A基因PCR产物，形成EAM-检测探针-靶标DNA-捕获探针-生物素复合物。外部磁场利用EAM的磁性将目标复合物从非特异DNA中富集并洗涤。随后，复合物经生物素-链霉亲和素作用固定于丝网印刷碳电极表面。在0.1 M HCl中，EAM壳层聚苯胺处于质子化掺杂导电态，发生可逆氧化还原反应，循环伏安阳极峰电流随电极表面EAM-靶标复合物数量增加而增大，从而实现DNA浓度检测。
检测灵敏度
LOD: 0.01 ng/μl；检测浓度范围: 10–0.01 ng/μl（ANOVA P<0.0001）；S/N > 3 (S/N = 1.99 × 10−6/0.55 × 10−6)；阳极峰电流从0到10 ng/μl增加约100倍；0.001 ng/μl P=0.6943
效应效果
该研究为初步验证，未报告实际样品加标回收率、长期稳定性或与ELISA/qPCR等方法的直接对比。三次重复实验显示，10 ng/μl靶标阳极峰电流为33.6±14.07 μA，0.01 ng/μl为1.99±0.03 μA，空白为0.55±0.27 μA，0.001 ng/μl为0.47±0.21 μA；ANOVA表明10–0.01 ng/μl各浓度与空白差异显著（P<0.0001），0.001 ng/μl不显著（P=0.6943），提示低浓度下存在非特异吸附EAM信号。总检测时间约60 min，作者认为EAM纳米颗粒兼具磁浓缩与电化学换能功能，具有用于诊断和生物安全现场检测的潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷三电极传感器，工作电极为丝网印刷碳（SPC），参比/对电极为Ag/AgCl，用于电化学检测
- 电极修饰层：链霉亲和素（streptavidin，1 mg/mL，0.1 M磷酸缓冲液pH 7.0，约0.8 μg/mm2）修饰SPC工作电极，用于生物素-亲和素捕获
- 识别元件：磷酸化检测探针（Ph-PRO，50 bases）和生物素化捕获探针（PRO-Bio，30 bases），特异性识别炭疽杆菌pag A基因
- 信号标记/纳米材料：电活性磁性纳米颗粒（EAM NPs，γ-Fe2O3核/聚苯胺PANI壳，80–100 nm），兼具磁性浓缩与电化学氧化还原换能
- 连接/标记物：EDC介导磷酸酰胺键将Ph-PRO连接至EAM胺基；生物素（biotin）标记PRO-Bio
- 检测介质：0.1 M HCl，使PANI处于质子化掺杂导电态并支持循环伏安氧化还原
中文摘要
磁性聚合物纳米结构是一类新型多功能纳米材料，近年来被探索用于生物传感器器件。本文首次报道电活性磁性（EAM）纳米颗粒作为DNA靶标浓缩剂和电化学换能器，用于检测炭疽杆菌保护性抗原A（pag A）基因。EAM纳米颗粒通过化学聚合合成，尺寸约80–100 nm。该生物传感器检测采用两套特异性DNA探针：标记EAM纳米颗粒的检测探针和生物素标记的捕获探针。DNA靶标与检测探针和捕获探针双重杂交，并通过施加磁场从非特异性DNA片段中浓缩。随后，DNA夹心靶标（EAM-检测探针-DNA靶标-捕获探针-生物素）通过生物素化捕获探针被捕获在链霉亲和素修饰的丝网印刷碳电极上。检测通过测量EAM纳米颗粒的氧化还原信号实现。初步结果表明，该生物传感器能够检测低至0.01 ng/μl DNA浓度下EAM纳米颗粒的氧化还原信号。
英文摘要
Magnetic polymer nanostructures are a new class of multifunctional nanomaterials that are recently being explored in biosensor devices. In this paper, for the first time we report the novel application of electrically active magnetic (EAM) nanoparticles as concentrator of DNA targets as well as electrochemical transducers for detection of the Bacillus anthracis protective antigen A (pag A) gene. The EAM nanoparticles are synthesized by chemical polymerization and have dimensions of 80-100 nm. The biosensor detection encompasses two sets of DNA probes that are specific to the target gene: the detector probe labeled with the EAM nanoparticles and the biotinylated capture probe. The DNA targets are double hybridized to the detector and the capture probes and concentrated from nonspecific DNA fragments by applying a magnetic field. Subsequently, the DNA sandwiched targets (EAM-detector probe-DNA target-capture probe-biotin) are captured on streptavidin modified screen printed carbon electrodes through the biotinylated capture probes. Detection is achieved electrochemically by measuring the oxidation-reduction signal of the EAM nanoparticles. Preliminary results indicate that the biosensor is able to detect the redox signal of the EAM nanoparticles at DNA concentrations as low as 0.01 ng/μl.