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
PAT基因序列特异性DNA（phosphinothricin acetyltransferase gene, PAT gene sequence-specific DNA/cDNA）；样品基质：2×SSC杂交缓冲液（pH 7.0），应用背景为转基因作物。
检测原理
该传感器以Au/nanoPAN/GCE为阻抗换能界面。氨基修饰的ssDNA探针通过浸入吸附固定在金纳米颗粒/聚苯胺纳米管膜上；当PAT基因靶DNA存在时，与探针互补杂交形成dsDNA。dsDNA的负电荷磷酸骨架在电极表面形成空间与电荷屏障，阻碍溶液中的[Fe(CN)6]3-/4-氧化还原探针接近电极表面，使电子转移电阻Ret增大。以杂交前后Ret差值ΔRet作为检测信号，ΔRet随靶DNA浓度对数增加而线性增大。nanoAu与nanoPAN协同提供大比表面积、良好导电性和较高探针负载量，从而放大阻抗响应并降低检出限。
检测灵敏度
LOD: 3.1 × 10−13 mol L−1；线性范围: 1.0 × 10−12–1.0 × 10−6 mol L−1；灵敏度斜率: 3.072 Ω/decade（ΔRet = 3.072 lg C + 36.539）；相关系数: r = 0.9959
效应效果
该传感器对完全互补靶DNA响应显著，对非互补DNA的Ret变化可忽略，对单碱基和双碱基错配DNA响应明显低于互补序列，选择性良好。六个平行传感器检测1.0×10−10 mol/L靶DNA的ΔRet为4.827、4.906、4.869、4.845、4.794、4.813（×10^2 Ω），RSD 4.05%（n=6）。沸水10 min变性、冰盐浴冷却后可重复使用3次，灵敏度基本不变；4℃干燥保存至少10 d稳定。与Au/PDC/GCE（LOD 2.4×10−11 mol/L，范围1.0×10−10–1.0×10−5 mol/L）和NanoZrO2/SWNTs/PDC/GCE（LOD 1.38×10−12 mol/L，范围1.0×10−11–1.0×10−6 mol/L）相比，本工作LOD更低、动态范围更宽，适用于PAT基因检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），经1、0.3、0.05 μm Al2O3抛光及超声清洗，提供导电基底并用于阻抗换能。
- 纳米材料修饰层：聚苯胺纳米管（nanoPAN）与壳聚糖（chitosan）按体积比1:50混合涂覆，形成大比表面积导电膜，增强DNA负载。
- 纳米材料修饰层：金纳米颗粒（nanoAu），由3.0 mmol/L HAuCl4在-200 mV恒电位电沉积500 s形成，作为导电中心加速电子转移。
- 识别元件：氨基修饰单链DNA探针（ssDNA probe，5′-NH2-GCC ACA AAC ACC ACA AGA GT-3′），浸入吸附固定，用于识别PAT基因靶序列。
- 杂交/信号界面：PAT基因靶DNA（cDNA）与探针杂交形成双链DNA（dsDNA），其负电荷磷酸骨架阻碍氧化还原探针接近电极。
- 信号标记物：铁氰化钾/亚铁氰化钾（K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]）在0.1 mol/L KCl中作为EIS氧化还原探针，用于测量电子转移电阻。
- 清洗/杂交介质：0.2% SDS与超纯水用于去除未结合DNA；Tris-HCl（pH 7.0）用于探针固定，2×SSC用于杂交。
中文摘要
本研究在玻璃碳电极（GCE）表面构建金纳米颗粒/聚苯胺纳米管复合膜（Au/nanoPAN/GCE），用于DNA固定与杂交的电化学传感。通过循环伏安法（CV）、差分脉冲伏安法（DPV）和电化学阻抗谱（EIS）系统研究了该复合膜的性质以及DNA固定和杂交特征。金纳米颗粒与聚苯胺纳米管的协同作用可显著提高DNA杂交识别的灵敏度。该传感器利用EIS检测了部分转基因作物中存在的草铵膦乙酰转移酶基因（PAT）的序列特异性DNA。PAT基因特异性DNA的动态检测范围为1.0×10−12至1.0×10−6 mol/L，检出限为3.1×10−13 mol/L。与作者此前报道的其他DNA生物传感器相比，该传感器具有更宽的检测范围和更低的检出限，并表现出良好的选择性、稳定性和重现性。
英文摘要
Gold nanoparticle/polyaniline nanotube membranes on the glassy carbon electrode (Au/nanoPAN/GCE) were constructed for the electrochemical sensing of the immobilization and hybridization of DNA. The properties of the Au/nanoPAN/GCE, the characteristics of the immobilization and hybridization of DNA were studied by cyclic voltammetry, differential pulse voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The synergistic effect of the two kinds of nanomaterials, nanogold and nanoPAN, could enhance dramatically the sensitivity for the DNA hybridization recognition. DNA sequence-specific of phosphinothricin acetyltransferase gene (PAT) existing in some transgenic crops was detected by electrochemical impedance spectroscopic measurement. The dynamic detection range of the sequence-specific DNA was from 1.0x10(-12) to 1.0x10(-6) mol L(-1), and the detection limit was 3.1x10(-13) mol L(-1). This biosensor had much wider dynamic detection range and lower detection limit for the DNA detection as compared with other DNA biosensors reported by us. The biosensor also has good selectivity, stability and reproducibility.