组成图示
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传感器类型
光电化学生物传感器
检测对象
腺苷三磷酸（ATP）；样品基质：K562 白血病细胞裂解液（细胞提取物，稀释 100 倍）及水溶液标准品
检测原理
ATP 适配体修饰磁珠与金纳米颗粒生物条形码杂交。加入 ATP 后，适配体特异性结合 ATP 并改变构象，使磁珠上双链打开，释放生物条形码。释放的条形码被 ITO/SnO2/APS/戊二醛/适配体电极捕获，加入互补 DNA 形成双链 DNA，Ru(bpy)2dppz2+ 嵌入其中。470 nm 光照激发钌染料，SnO2 促进光生电子转移，草酸钠作为电子供体维持氧化还原循环，产生阳极光电流。ATP 越多，释放并捕获的条形码越多，嵌入染料越多，光电流越大；生物条形码策略使灵敏度提高约 60 倍。
检测灵敏度
LOD: 3.2 × 10−9 M；线性范围: 1.0 × 10−8 to 1.0 × 10−6 M；灵敏度斜率: DI = 0.2188 + 3.625CATP (10−8 M)；R = 0.9993
效应效果
该传感器对 ATP 具有良好选择性，4.0×10−7 M 的 GTP、UTP、CTP 均不产生显著光电流。阳极光电流对 470 nm 光照响应快且稳定性良好。K562 白血病细胞裂解液（10^5 细胞）中 ATP 浓度为 3.43×10−6 M，三次测定 RSD 为 3.2%–4.5%，与 HPLC 结果（RSD 2.0%–3.1%）一致，表明细胞提取物中其他物质无明显干扰。生物条形码放大使灵敏度较简单竞争过程提高约 60 倍。作者认为该策略可用于细胞提取物中 ATP 及其他生物活性分子的检测。
传感器的构成
- 基底电极：ITO 玻璃电极，作为光电化学换能器与导电基底。
- 半导体修饰层：SnO2 纳米颗粒修饰 ITO，增强光生载流子分离与光电流响应。
- 硅烷化交联层：3-aminopropyltriethoxysilane（APS）与 glutaraldehyde 形成席夫碱，提供醛基固定氨基适配体。
- 识别元件：ATP 适配体（aptamer）修饰磁珠（MB）用于识别 ATP；ITO 电极上的适配体用于捕获释放的生物条形码。
- 信号放大元件：金纳米颗粒（AuNPs）负载 barcode DNA 与 binding DNA 构成生物条形码（bio-barcode），经杂交连接至 MB，ATP 诱导释放并转移至电极。
- 光电活性标记：complementary DNA 与条形码 DNA 形成双链 DNA（dsDNA），嵌入 Ru(bpy)2dppz2+ 作为光敏剂/光电化学活性物种。
- 电子供体：sodium oxalate（草酸钠）在电解液中提供电子，维持 Ru(bpy)2dppz2+ 光激发后的氧化还原循环。
中文摘要
本文报道了一种基于适配体识别 ATP 的光电化学生物传感策略，用于高灵敏检测小分子。作者以金纳米颗粒（AuNPs）为平台，自组装条形码 DNA 与结合 DNA 制备生物条形码，并通过杂交连接至适配体修饰的磁珠（MB）。当 ATP 加入后，适配体特异性结合 ATP，使磁珠上的双链打开，生物条形码释放到溶液中。释放的条形码被 ITO/SnO2/APS/戊二醛/适配体电极捕获，再加入互补 DNA 形成双链 DNA，使光电化学活性物种 Ru(bpy)2dppz2+ 嵌入其中。在 470 nm 光照和草酸钠存在下，电极产生阳极光电流；ATP 浓度越高，释放并捕获的条形码越多，光电流越强。该传感器在 K562 白血病细胞裂解液中检测 ATP，结果与 HPLC 一致，检出限为 3.2×10−9 M，线性范围为 1.0×10−8–1.0×10−6 M。
英文摘要
A photoelectrochemical sensing strategy for highly sensitive detection of small molecules was developed based on the recognition interaction between aptamer and target molecule-ATP.