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DNA（target DNA，Lactococcus基因序列）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.4）杂交液滴
检测原理
在玻璃碳电极上电还原AEBD形成氨基化共价有机层，PEG二缩水甘油醚将氨基探针DNA共价交联固定。目标DNA与探针杂交后，界面由单链DNA变为双链DNA，磷酸骨架负电荷密度和空间位阻增加，对带负电的Fe(CN)6^3−/4−氧化还原探针产生静电排斥，阻碍其接近电极表面，使电荷转移电阻Rct增大。以ΔRct=Rct(dsDNA)-Rct(ssDNA)作为信号，随目标DNA浓度对数线性增加。错配序列引起双螺旋局部解旋或结构缺陷，降低Rct，从而实现序列特异性识别。该过程无标记、无酶放大。
检测灵敏度
LOD/QL: circa 6.5 × 10−17 mol in a 7 μL droplet; 对应浓度 9.2 × 10−12 M; 约4 × 10^7 copies/7 μL; 约5.7 × 10^12 copies/L；线性范围: 2 × 10−12 ÷ 2 × 10−6 M（摘要）；2 × 10−5 to 2 × 10−13 M（正文）
效应效果
稳定性：7天内每2 h测量，前3天响应基本不变（标准差约1.9%），7天后约为初始响应的74%。重复性：2×10^-5至2×10^-13 M范围内RSD约7%（n=4）；电极间RSD为5.2%（5个电极）。选择性：非互补与错配序列的ΔRct均低于完全互补序列；Ka完全互补为6.63×10^7 M^-1，双分离G-A错配约0.87×10^6 M^-1，双相邻G-A错配1.3×10^6 M^-1，单G-A错配约2.7×10^6 M^-1，单C-A错配约2.5×10^6 M^-1，单错配间区分有限。作者认为方法简单、无标记、灵敏，QL低于此前无标记EIS DNA检测最低限5×10^-11 M，具应用潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳圆盘电极（GC disc electrode, 3 mm），提供导电基底与阻抗换能
- 有机修饰层：4-氨基乙基苯重氮盐（AEBD）电还原接枝层，在GC表面形成氨基化共价有机层
- 交联层：聚乙二醇二缩水甘油醚（PEG, MW 3350）作为交联剂，连接AEBD端氨基与氨基探针DNA
- 识别元件：氨基修饰单链探针DNA（NH2-ssDNA probe），通过氨基与PEG反应固定，用于目标DNA杂交
- 氧化还原探针：铁氰化/亚铁氰化钾（Fe(CN)6^3−/4−, 5 mM each），作为EIS电子转移指示剂
- 检测介质：磷酸盐缓冲液（PBS, 0.02 M, pH 7.4）含NaCl/EDTA，用于杂交与阻抗测量
中文摘要
报道了一种简单、无标记的电化学阻抗谱方法，用于序列特异性检测DNA，采用4-氨基乙基苯重氮盐（AEBD）作为氨基修饰探针DNA的结合剂。该方法简化了DNA在玻璃碳（GC）表面的固定，并为杂交检测提供了新途径。目标DNA（完全互补及含错配）与固定在AEBD修饰GC表面探针DNA杂交后，双链DNA修饰电极对Fe(CN)6^3−/4−氧化还原电对的界面电子转移电阻显著增大，用电化学阻抗谱测量。传感器响应与目标DNA浓度对数在2×10^-12至2×10^-6 M范围内线性增加。定量限约为7 μL液滴中6.5×10^-17 mol，对应样品中目标DNA浓度9.2×10^-12 M，相当于7 μL液滴中约4×10^7拷贝或1 L样品中约5.7×10^12拷贝。
英文摘要
A simple, label-free electrochemical impedance-spectroscopy method for sequence-specific detection of DNA using a 4-aminoethylbenzenediazonium (AEBD) salt as a binder for amino-modified probe DNA is reported. This novel method simplifies the anchoring of DNA at the GC surface and opens new ways for the detection of hybridization. The hybridization of target DNA, without and with mismatches, with the probe DNA anchored at the GC surface modified with AEBD, greatly increases the interfacial electron transfer resistance at the double-stranded DNA modified electrodes for the redox couple Fe(CN)(6)(3-/4-). The resistance was measured using electrochemical impedance spectroscopy. The sensor response increased linearly with logarithm of concentration of target DNA in the range 2×10(-12)÷2×10(-6) M. The obtained quantification limit was circa 6.5×10(-17) mole in a 7 μL droplet and corresponded to a concentration of 9.2×10(-12) M of target DNA in the sample. This limit is equivalent to the detection of circa 4×10(7) copies of DNA in a 7 μL droplet or circa 5.7×10(12) DNA copies in one litre of sample.