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
PML/RARα 融合基因（PML/RARα fusion gene，合成 DNA 片段，杂交缓冲液/混合杂交液）
检测原理
巯基 LNA 捕获探针通过 Au–S 键固定于金电极，MCH 封闭形成取向单分子层。目标 PML/RARα DNA 与捕获探针杂交后，生物素标记 LNA 报告探针再杂交，形成三明治结构。报告探针末端生物素与链霉亲和素–HRP 亲和结合，将 HRP 固定于电极表面。在 TMB 和 H2O2 存在下，HRP 催化 TMB 氧化/还原循环，TMB 作为电子穿梭在电极表面传递电子，产生稳态安培电流。LNA 提高杂交亲和力和错配判别，双探针三明治与酶催化放大提高信噪比。电流随目标 DNA 浓度增加而增大，在简单体系中 0.1–10 pM 呈线性。
检测灵敏度
LOD: 74 fM；线性范围: 0.1–10 pM（简单杂交体系）；LOD: 9.6 pM；线性范围: 0.05 nM–5.0 nM（混合杂交体系，40 nM 错配背景）
效应效果
简单杂交中，互补序列 S5 安培信号 1786 nA，背景 125 nA；单碱基错配 S6 为 1042 nA，≥5 碱基错配接近背景。LNA 探针互补与单碱基错配电流差为 DNA 探针的 2 倍。混合杂交中，0.4–40 nM 错配干扰下互补信号基本不变，400 nM 时明显下降；40 nM 四种错配背景下，0.05–5.0 nM 目标呈良好对数线性，下限 9.6 pM。重现性：5.0 pM 目标 RSD 9.50%（n=3），0.5 nM 目标 RSD 7.91%（n=3）。未报告实际样品回收率或 ELISA/qPCR 对比。作者认为其可为 APL 早期诊断和预后监测提供快速、低成本电化学方法。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（AuE），经氧化铝抛光和电化学清洗，提供电子传递界面
- 识别元件：巯基修饰 LNA 捕获探针（SH–LNA capture probe），通过 Au–S 键自组装于金电极表面，识别目标 PML/RARα 融合基因
- 封闭/取向层：巯基己醇（MCH, mercaptohexanol），去除非特异吸附并形成含孔洞单分子层，使 DNA 取向并允许小分子渗透
- 杂交识别层：目标 DNA（PML/RARα fusion gene）与捕获探针杂交，并与生物素标记 LNA 报告探针（biotinylated LNA reporter probe）形成三明治结构
- 亲和标记层：链霉亲和素–辣根过氧化物酶（streptavidin–HRP），通过生物素–链霉亲和素亲和结合连接在报告探针末端，提供酶催化放大
- 信号底物/电子穿梭：3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）与 H2O2，在 HRP 催化下发生氧化还原反应并传递电子
- 检测读出：循环伏安（CV）和安培 i–t 检测，在 100 mV 固定电位记录稳态电流
中文摘要
本研究首次设计了一种新型 DNA 电化学探针（锁核酸，LNA），用于构建检测急性早幼粒细胞白血病（APL）中早幼粒细胞白血病/维甲酸受体α（PML/RARα）融合基因的电化学 DNA 生物传感器。该传感器基于“三明治”检测模式，采用一对 LNA 探针：捕获探针固定于电极表面，生物素标记报告探针作为亲和标签连接链霉亲和素–辣根过氧化物酶（streptavidin–HRP）。由于生物素可与链霉亲和素–HRP 结合，该传感器通过酶促放大产生电化学电流信号以检测目标 DNA。在简单杂交体系中，通过安培检测证实 DNA 片段与其互补 DNA 片段的结合，对合成 PML/RARα 融合基因的检出限为 74 fM，线性响应范围为 0.1–10 pM。此外，该传感器对互补序列和不同错配序列具有优异特异性，并在混合杂交体系中表现出高灵敏度和选择性。
英文摘要
In this study, a novel DNA electrochemical probe (locked nucleic acid, LNA) was designed and involved in constructing an electrochemical DNA biosensor for detection of promyelocytic leukemia/retinoic acid receptor alpha (PML/RARα) fusion gene in acute promyelocytic leukemia for the first time. This biosensor was based on a 'sandwich' sensing mode, which involved a pair of LNA probes (capture probe immobilized at electrode surface and biotinyl reporter probe as an affinity tag for streptavidin-horseradish peroxidase (streptavidin-HRP). Since biotin can be connected with streptavidin-HRP, this biosensor offered an enzymatically amplified electrochemical current signal for the detection of target DNA. In the simple hybridization system, DNA fragment with its complementary DNA fragment was evidenced by amperometric detection, with a detection limit of 74 fM and a linear response range of 0.1-10 pM for synthetic PML/RARα fusion gene in acute promyelocytic leukemia (APL). Otherwise, the biosensor showed an excellent specificity to distinguish the complementary sequence and different mismatch sequences. The new pattern also exhibited high sensitivity and selectivity in mixed hybridization system.