组成图示
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传感器类型
其他（磁化学生物传感器）
检测对象
目标单链DNA（target ssDNA，序列 5′-CCCTGGGCTCAACCTAGGAATCGCATTTG-3′）；样品基质：PBS/杂交缓冲液，含人类血液来源基因组背景DNA
检测原理
该磁化学生物传感器基于无基底磁纳米珠检测（VAM-NDA）。目标单链DNA与垫锁探针杂交形成环状模板，经滚环扩增（RCA）生成约90 kbp单链DNA线圈，实现体积放大。表面偶联互补寡核苷酸的磁赤铁矿纳米珠与DNA线圈杂交固定；若靶标不存在，则无DNA线圈，磁珠保持游离。固定后磁珠磁弛豫时间改变，在SQUID振荡磁场中复磁化虚部峰高下降，峰高正比于未固定磁珠数。通过峰高变化可计算每个线圈固定珠数，间接反映靶标/DNA线圈浓度。40 nm珠平均约6个/线圈，130 nm珠约2-3个/线圈，体现RCA与多珠结合放大。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
该体系具有序列特异性，只有与DNA线圈互补的寡核苷酸功能化磁珠才会固定。磁化测量在含10 ng/µL人类基因组背景DNA的样品中进行，表明可耐受复杂背景。100 pM DNA线圈样品的磁化峰高变异系数约4%，对应平均固定珠数波动约±0.2（40 nm）和±0.1（130 nm）。TEM统计得到40 nm和130 nm珠平均6.0±0.8和2.6±0.2个/盐-DNA斑，与磁化测量5.7±0.2和2.3±0.1个/线圈一致，说明方法可靠。40 nm珠多位于线圈内部，130 nm珠多靠近外周，支持粒径依赖结合模型。作者认为该表征方法有助于优化低成本VAM-NDA磁DNA诊断平台。
传感器的构成
- 换能器/读出装置：超导量子干涉器件磁力计（SQUID magnetometer, QD MPMS XL），在振荡磁场中测量样品复磁化
- 样品基质：1×PBS及杂交缓冲液（Tris-HCl、EDTA、Tween-20、NaCl等），磁化测量含10 ng/µL人类基因组背景DNA
- 磁性纳米珠核心：γ-Fe2O3磁赤铁矿纳米珠（maghemite, Nanomag-D NH2，40/130 nm），提供磁信号载体
- 表面功能化层：氨基修饰磁珠经SPDP化学偶联硫醇化寡核苷酸探针（SH-DNA-FITC），形成识别界面
- 识别元件：寡核苷酸探针（SH-5′-TTTT...-3′-FITC），与RCA DNA线圈互补序列杂交
- 目标/扩增元件：目标DNA（target sequence）与垫锁探针（padlock probe）经RCA形成DNA线圈（DNA-coil，约90 kbp ssDNA）
- 信号标记物：磁赤铁矿纳米珠本身作为磁性标记，其固定/游离状态改变磁弛豫信号；FITC荧光标记仅用于表面覆盖分析
中文摘要
本文首次对功能化磁性纳米珠与DNA线圈之间的相互作用进行实空间表征。研究以滚环扩增（RCA）形成的DNA线圈为识别/放大元件，将氨基修饰的磁赤铁矿纳米珠（Nanomag-D NH2，40和130 nm）表面偶联硫醇化寡核苷酸探针，使其与DNA线圈互补序列杂交固定。作者结合复杂磁化测量与透射电子显微镜（TEM），统计每个DNA线圈上结合的纳米珠数量，并比较两种粒径珠在干燥盐-DNA斑中的分布。结果显示，40 nm珠平均约6个/线圈，130 nm珠平均略高于2个/线圈；40 nm珠更倾向于位于线圈内部，130 nm珠更多靠近线圈外部。该结果与磁化测量得到的5.7和2.3个/线圈一致，支持小珠更易进入线圈内部、大珠主要结合在外周的假设。所建立方法可为功能化纳米颗粒与生物大分子相互作用研究及磁化学生物传感器优化提供基础。
英文摘要
The present work provides the first real-space analysis of nanobead-DNA coil interactions. Immobilization of oligonucleotide-functionalized magnetic nanobeads in rolling circle amplified DNA-coils was studied by complex magnetization measurements and transmission electron microscopy (TEM), and a statistical analysis of the number of beads hybridized to the DNA-coils was performed. The average number of beads per DNA-coil using the results from both methods was found to be around 6 and slightly above 2 for samples with 40 and 130 nm beads, respectively. The TEM analysis supported an earlier hypothesis that 40 nm beads are preferably immobilized in the interior of DNA-coils whereas 130 nm beads, to a larger extent, are immobilized closer to the exterior of the coils. The methodology demonstrated in the present work should open up new possibilities for characterization of interactions of a large variety of functionalized nanoparticles with macromolecules, useful for gaining more fundamental understanding of such interactions as well as for optimizing a number of biosensor applications.