组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
微小RNA（miRNA，如let-7c、miR-720、miR-1248）；样品基质：细胞系总RNA（TRIzol提取总RNA，TE杂交缓冲液）
检测原理
目标miRNA先经3'末端化学连接RuO2 NP，再与金电极上的CPs杂交，使RuO2 NP富集于电极表面。随后加入pH 5.0的DB/H2O2醋酸缓冲液，RuO2 NP作为类过氧化物酶催化剂，催化DB氧化生成阳离子自由基；杂交的阴离子miRNA链与游离CPs通过静电作用和化学偶联捕获自由基，引导其聚合沉积为绝缘PDB膜。PDB膜阻碍Ru(NH3)6^3+/2+氧化还原探针与金电极间的电子转移，使EIS电荷转移电阻Rct增大。目标miRNA浓度越高，表面RuO2 NP越多，PDB沉积量越大，Rct线性增加；非杂交样品因缺乏RuO2 NP催化而背景极低。
检测灵敏度
LOD: ∼3.0 fM；线性范围: 6.0 fM–2.0 pM
效应效果
该传感器选择性良好：let-7c对let-7a/b单碱基错配响应下降约93%，选择性因子14；对let-7e/f双错配为26，对let-7d/g三错配>200，对let-7i四错配无响应；pre-miRNA无交叉杂交。200 fM下RSD <12%。在细胞系总RNA中检测let-7a/b/c，结果与qRT-PCR一致，最低总RNA用量<3.0 ng（约<100 cells），20 fM–2.0 pM相对误差<15%。作者认为其无需PCR、成本低、易微型化，适合miRNA表达谱分析和便携式多重检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au），2.0 mm直径，提供电子转导与阻抗测量界面。
- 识别元件：硫醇化寡核苷酸捕获探针（CPs），自组装于金表面，与目标miRNA互补杂交。
- 封闭/混合单层：4-巯基苯胺（MAn），与CPs形成混合单层，填充缺陷并提高界面稳定性。
- 信号标记物：氧化钌纳米颗粒（RuO2 NPs），平均粒径约3.0 nm，预先化学标记到目标miRNA 3'末端，作为DB聚合催化剂/引发剂。
- 信号放大底物：3,3'-二甲氧基联苯胺（DB）与过氧化氢（H2O2），在pH 5.0 0.10 M醋酸缓冲液中经RuO2 NP催化生成绝缘聚(3,3'-二甲氧基联苯胺)（PDB）膜。
- 模板/沉积引导层：杂交的阴离子miRNA链与游离CPs，通过静电作用和化学偶联引导PDB在电极表面沉积。
- 氧化还原探针：六氨合钌(III/II)（Ru(NH3)6^3+/2+），用于EIS电荷转移电阻测量，提供低背景Rct。
中文摘要
本文报道一种高灵敏微小RNA（miRNA）生物传感器，采用氧化钌纳米颗粒（RuO2 NP）引发3,3'-二甲氧基联苯胺（DB）聚合，并利用miRNA模板沉积绝缘聚(3,3'-二甲氧基联苯胺)（PDB）膜。传感器由金电极上硫醇化寡核苷酸捕获探针（CPs）与4-巯基苯胺（MAn）混合单层构成。与RuO2 NP标记的目标miRNA杂交后，施加pH 5.0、0.10 M醋酸缓冲液中的DB/H2O2混合液。RuO2 NP作为聚合引发剂和催化剂催化DB聚合，杂交的阴离子miRNA链与游离CPs作为模板引导PDB沉积。沉积PDB的量及其绝缘能力与目标miRNA浓度直接相关。电化学阻抗谱显示，在DB/H2O2中孵育60 min后，电荷转移电阻与浓度在6.0 fM至2.0 pM范围内线性。pre-miRNA与成熟miRNA之间无交叉杂交，近源miRNA家族成员即使单碱基错配交叉也很小。该阻抗生物传感器为miRNA表达谱分析提供有吸引力的替代方案，并可能促进便携式多重miRNA谱系统开发。
英文摘要
A highly sensitive microRNA (miRNA) biosensor that employs ruthenium oxide nanoparticle (RuO(2) NP)-initiated polymerization of 3,3'-dimethoxybenzidine (DB) and miRNA-templated deposition of an insulating poly(3,3'-dimethoxybenzidine) (PDB) film is described in this work. The biosensor was made of a mixed monolayer of oligonucleotide capture probes (CPs) and 4-mercaptoaniline on a gold electrode. Following hybridization with a RuO(2) NP-tagged target miRNA, a mixture of DB/H(2)O(2) in pH 5.0 0.10 M acetate buffer was applied to the biosensor. The RuO(2) NPs serve as polymerization initiator/catalyst for the polymerization of DB. And the hybridized anionic miRNA strands and free CPs serve as templates, guiding the deposition of PDB. The amount of the deposited PDB and its insulating power directly correlated to the concentration of the target miRNA in solution. Electrochemical impedance spectroscopic tests showed that a linear charge-transfer resistance-concentration relationship from 6.0 fM to 2.0 pM was attained after 60 min of incubation in the DB/H(2)O(2) mixture. There was no cross-hybridization between pre-miRNA and mature miRNA and very little cross-hybridization among closely related miRNA family members even at single-base-mismatched levels. This impedance-based biosensor offers an attractive alternative for miRNA expression profiling and may enable the development of a portable multiplexing miRNA profiling system.