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
淋病奈瑟菌 DNA（Neisseria gonorrhoeae DNA，N. gonorrhoeae DNA）；样品基质：培养物提取 DNA、加标脓液、男性患者临床样本；另用互补/错配寡核苷酸 cDNA/OBM/TBM 验证
检测原理
该传感器以生物素标记探针 DNA（BDNA）识别淋病奈瑟菌目标 DNA。BDNA 通过亲和素–生物素作用固定于 CH–Fe3O4/ITO 电极表面；当互补目标 DNA（cDNA）加入后，与 BDNA 形成双链，改变电极–DNA–亚甲基蓝（MB）界面的电子转移环境。MB 作为氧化还原指示剂在电极表面发生还原，差分脉冲伏安法（DPV）记录其还原峰电流。完全互补杂交使 MB 还原峰电流显著下降，且峰电流变化与目标 DNA 浓度的对数呈线性关系；错配序列因双链稳定性降低，杂交程度减弱，电流下降幅度较小。Fe3O4 纳米颗粒增大电活性面积并改善电子转移，从而无需标记或信号放大即可实现高灵敏检测与单碱基错配判别。
检测灵敏度
LOD: 1 × 10−15 M；线性范围: 1 × 10−16 M–1 × 10−6 M；相关系数: 0.99；I Target = 2.67818 [log(Target concentration)] + 13.92
效应效果
该传感器对互补目标 DNA 的检出限为 1×10−15 M，动态范围为 1×10−16 M 至 1×10−6 M，相关系数 0.99。错配实验中，互补序列使 MB 峰电流下降 80%；单碱基错配 OBM1、OBM2 分别下降 40%、57%；双碱基错配 TBM1、TBM2、TBM3 分别下降 6.7%、30%、37%，可区分不同位置错配。对大肠杆菌、干燥奈瑟菌、金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌 DNA 无显著信号下降，特异性良好。传感器经 30 s 蒸馏水洗涤可再生，至少重复使用 6–8 次，4 ℃ 保存 6 个月以上活性无明显损失。实验重复至少 15 次，未报告 RSD 与回收率。作者认为其适合快速、低成本、手持式淋病核酸检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO（氧化铟锡）玻璃片，导电基底并提供电子转移界面
- 纳米材料修饰层：CH–Fe3O4 纳米复合膜（壳聚糖 CH 与 Fe3O4 纳米颗粒，约18 nm，电化学沉积），增大电活性面积并促进 DNA 负载与电子转移
- 交联层：avidin（Avi，亲和素，经 EDC/NHS 活化），通过生物素–亲和素作用固定探针 DNA
- 识别元件：biotinylated probe DNA（BDNA，生物素标记 20-mer 探针 DNA，靶向 N. gonorrhoeae opa 基因），与目标 DNA 杂交
- 信号标记物：methylene blue（MB，亚甲基蓝），氧化还原指示剂，其 DPV 还原峰电流随杂交程度变化
- 电解质/缓冲液：0.05 M PBS（pH 7.0，含 0.9% NaCl）与 20 μM MB，提供离子环境和 MB 还原反应介质
中文摘要
本文报道了一种基于壳聚糖（CH）–氧化铁（Fe3O4）纳米复合膜的电化学生物传感器，用于检测性传播疾病淋病。该传感器以氧化铟锡（ITO）为导电基底，通过电化学沉积制备 CH–Fe3O4 纳米复合膜；其中约 18 nm 的 Fe3O4 纳米颗粒可增大电活性表面积，为 DNA 负载提供有利构象并改善介质与电极间的电子转移动力学。利用亲和素–生物素偶联将生物素标记探针 DNA（BDNA）固定于电极表面，使探针与淋病奈瑟菌（Neisseria gonorrhoeae）目标 DNA 发生快速、特异且可判别错配的杂交。以亚甲基蓝（MB）为氧化还原指示剂，采用差分脉冲伏安法（DPV）监测 MB 还原峰电流变化。该传感器对互补目标 DNA 的检出限为 1×10−15 M，动态范围为 1×10−16 M 至 1×10−6 M，并能准确区分互补序列与单碱基、双碱基错配序列。
英文摘要
Electrochemically fabricated nano-composite film of chitosan (CH)-iron oxide (Fe(3)O(4)) has been used to detect gonorrhoea, a sexually transmitted disease (STD) via immobilization of biotinylated probe DNA (BDNA) using avidin-biotin coupling for rapid and specific (mismatch-discriminating) DNA hybridization. The presence of Fe(3)O(4) nanoparticles (∼18nm) increases the electro-active surface area of the nano-biocomposite that provides desirable environment for loading of DNA with better conformation leading to increased electron transfer kinetics between the medium and electrode. The differential pulse voltammetric (DPV) studies have been conducted using BDNA/avidin/CH-Fe(3)O(4)/ITO electrode owing to the reduction of the methylene blue (MB) indicator and investigate electron transfer between MB moieties and electrode for one and two-bases mismatch. This STD biosensor is found to have a detection limit (1 × 10(-15)M) and a wide dynamic range (from 1 × 10(-16)M to 1 × 10(-6)M) using the complementary target DNA. In addition, the sensing system can be utilized to accurately discriminate complementary sequence from mismatch sequences.