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
目标单链DNA（target ssDNA，S2，HBV DNA模拟序列）；样品基质为Tris–HCl缓冲液（pH 7.0）杂交液及PBS（pH 7.0）支持电解质
检测原理
传感器以GCE为基底，MPF通过C–C共价键稳定固定，AuNPs经Au–硫醇结合自组装于MPF，探针S1再经Au–硫醇结合固定。当目标S2与探针S1杂交形成dsDNA后，界面负电荷增加，阻碍Fe(CN)6^3-/4-电子转移，但检测采用[Co(phen)3]3+指示剂：该配合物对dsDNA具有特异性亲和性，可嵌入/结合到dsDNA中，在电极表面形成可逆氧化还原对。DPV在0.24 V附近记录[Co(phen)3]3+的氧化峰电流。目标DNA浓度越高，形成的dsDNA越多，结合的[Co(phen)3]3+越多，峰电流变化Δip越大。AuNPs作为电子传导/放大层提高电子转移和探针负载，MPF提供稳定界面，从而实现低检出限。
检测灵敏度
LOD: 7.2 × 10−11 M；线性范围: 1.1 × 10−10–4.0 × 10−8 M；灵敏度斜率: 0.1319（Δip=0.1319C+0.3285，C单位10−9 M，Δip单位10−6 A）；相关系数: 0.9974
效应效果
该传感器对完全互补目标S2的DPV信号变化为16.83 μA，而四碱基错配S3仅为0.0536 μA，相当于完全互补信号的0.32%；未杂交探针电极的[Co(phen)3]3+背景信号为0.0691 μA，表明非特异DNA干扰可忽略，选择性良好。MPF经C–C共价键固定，界面稳定，AuNPs增强电子转移，使传感器具有较高灵敏度。再生实验显示，经95 ℃热水洗涤并冰浴快速冷却后，传感器重复再生12次仍保留95.3%的原始电流响应，适合连续监测。作者认为该方法简便、低成本，可推广至其他生物分子分析，且与作者此前HBV DNA检测相比线性范围更宽、检出限更低。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），作为工作电极和电子传导基底
- 共价修饰层：巯基苯基膜（MPF），由4-氨基硫酚（4-ATP）重氮化生成的巯基苯基重氮阳离子电接枝形成，经C–C键固定于GCE并提供富-SH表面
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒（AuNPs），13 nm柠檬酸还原法制备，通过Au–硫醇结合自组装于MPF，增强电子转移并负载探针
- 识别元件：探针单链DNA（S1，HS-ssDNA），5′-AAT GTG CTC CCC CAA CTC CTC-3′，通过Au–硫醇结合固定于AuNPs，用于杂交识别
- 信号标记物：三(1,10-菲啰啉)钴(III)高氯酸盐（[Co(phen)3]3+），对双链DNA有亲和性，结合dsDNA后提供可测氧化还原信号
- 缓冲/支持介质：磷酸盐缓冲液（PBS，pH 7.0）用于电化学检测，Tris–HCl缓冲液（pH 7.0）用于DNA杂交，醋酸-醋酸钠缓冲液（HAc–NaAc，pH 5.5）用于探针固定
中文摘要
本文提出一种基于金纳米颗粒（AuNPs）修饰玻璃碳电极（GCE）的DNA电化学传感器构建方法。首先将4-氨基硫酚重氮化原位生成巯基苯基重氮阳离子，并通过简单电接枝在GCE表面形成巯基苯基膜（MPF）；该膜以C–C共价键固定于电极表面，具有较高稳定性。随后，AuNPs通过Au–硫醇结合自组装到富巯基的MPF表面，探针DNA再经Au–硫醇作用固定于AuNPs上。传感器利用差分脉冲伏安法（DPV）检测互补单链DNA，并以三(1,10-菲啰啉)钴(III) [Co(phen)3]3+作为对双链DNA具有亲和性的电化学指示剂。借助AuNPs的信号放大作用和MPF的稳定界面，所构建传感器对目标DNA的检出限为7.2×10−11 M，并表现出良好的选择性、稳定性和再生能力。
英文摘要
A novel protocol for development of DNA electrochemical biosensor based on gold nanoparticles (AuNPs) modified glassy carbon electrode (GCE) was proposed, which was carried out by the self-assembly of AuNPs on the mercaptophenyl film (MPF) via simple electrografting of in situ generated mercaptophenyl diazonium cations. The resulting MPF was covalently immobilized on GCE surface via C-C bond with high stability, which was desirable in fabrication of excellent performance biosensors. Probe DNA was self-assembled on AuNPs through the well-known Au-thiol binding. The recognition of fabricated DNA electrochemical biosensor toward complementary single-stranded DNA was determined by differential pulse voltammetry with the use of Co(phen)(3)(3+) as the electrochemical indicator. Taking advantage of amplification effects of AuNPs and stability of MPF, the developed biosensor could detect target DNA with the detection limit of 7.2×10(-11) M, which also exhibits good selectivity, stability and regeneration ability for DNA detection.