组成图示
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传感器类型
量子点生物传感器
检测对象
金黄色葡萄球菌 tst 基因靶 DNA（tst gene target DNA）、携带 tst 基因的金黄色葡萄球菌总 DNA（S. aureus total DNA）；样品基质为 LB 培养后细菌总 DNA（DNA 提取后稀释于超纯水/PBS）
检测原理
该传感器为溶液相荧光 FRET 检测体系。羧基修饰 CdSe/ZnS 量子点（QD）与 5′-氨基修饰寡核苷酸探针经 EDC 偶联形成 QD-DNA 探针。加入 3′-BHQ 修饰互补 DNA（BHQ-DNA）后，其与探针杂交，使 QD 的 530 nm 发射与 BHQ 的 530 nm 吸收重叠，发生荧光共振能量转移（FRET），QD 光致发光被淬灭。当加入金黄色葡萄球菌 tst 基因靶 DNA 时，靶 DNA 与探针的亲和力及浓度优势（靶 DNA 与 BHQ-DNA 约 10:1）使其竞争置换 BHQ-DNA，BHQ 远离 QD 表面，FRET 效率下降，QD 荧光恢复。恢复的荧光强度随靶 DNA 浓度增加而增强，从而实现定量检测。
检测灵敏度
LOD: 0.2 μM（原文结果部分亦表述为 ~200 nM）；线性范围: 0.2–1.2 μM
效应效果
体系在 DNA/QD 比为 40:1 时 FRET 效率达 48%，后续实验采用该比例。选择性方面，含 2 个和 12 个错配碱基的 DNA 均不能引起明显荧光恢复；大肠杆菌、表皮葡萄球菌和副伤寒沙门菌 A 的总 DNA 加入后信号仍低，而金黄色葡萄球菌总 DNA 可使 QD 荧光恢复至接近未淬灭水平，表明对 tst 基因和 S. aureus 具有较高特异性。QD-DNA 复合物热不稳定，4 °C 保存稳定；QD 在宽 pH 缓冲液中稳定。作者认为该方法简单、快速、灵敏、方便，可弥补免疫学、RPLA 和 PCR 方法的不足，用于临床诊断，并可扩展至其他 DNA、病毒或蛋白检测。
传感器的构成
- 基底/换能器：无固定电极，采用 10 mM PBS（pH 7.0）溶液相荧光检测
- 荧光供体/纳米材料：530 nm 羧基修饰 CdSe/ZnS 量子点（QD），作为 FRET 供体与光致发光信号源
- 识别元件：5′-氨基修饰寡核苷酸探针（Amino-DNA，tst 基因互补序列），经 EDC 与 QD 羧基偶联形成 QD-DNA 探针
- 信号标记/淬灭元件：3′-黑孔淬灭剂修饰互补 DNA（BHQ-DNA），与 QD-DNA 探针杂交后通过 FRET 淬灭 QD 荧光
- 被测物/竞争释放元件：金黄色葡萄球菌 tst 基因靶 DNA（Target DNA），竞争置换 BHQ-DNA 使荧光恢复
- 反应介质：10 mM PBS（pH 7.0），维持杂交、FRET 与 QD 稳定性
- 信号读出：LS55 荧光光谱仪，320 nm 激发、530 nm 发射监测 QD 光致发光强度
中文摘要
本研究开发了一种基于量子点（QD）与寡核苷酸探针复合物的高灵敏、高特异检测方法，用于检测产毒性休克综合征毒素-1（TSST-1）的金黄色葡萄球菌。携带负责 TSST-1 产生的 tst 基因的金黄色葡萄球菌，通过 CdSe/ZnS 量子点供体与黑孔淬灭剂（BHQ）受体之间的荧光共振能量转移（FRET）进行检测。羧基修饰 QD 与氨基修饰 DNA 经 EDC 偶联制备 QD-DNA 探针；加入 BHQ-DNA 后，其与 tst 基因探针通过匹配序列杂交结合，使 QD 光致发光（PL）经 FRET 被淬灭。当存在靶 DNA 时，由于亲和力差异，BHQ-DNA 从 QD-DNA 探针上脱离，PL 信号恢复。相比之下，错配寡核苷酸和其他细菌 DNA 不能引起荧光强度恢复，表明该生物传感器具有较高选择性。实验结果表明，恢复的 QD PL 强度与靶 DNA 浓度在 0.2–1.2 μM 范围内呈线性关系，检出限为 0.2 μM。
英文摘要
In this study, a high-sensitive and high-specific method to detect the toxic shock syndrome toxin-1 (TSST-1)-producing Staphylococcus aureus was developed based on quantum dot (QD) and oligonucleotide probe complexes. S. aureus carrying tst gene which is responsible for the production of TSST-1 were detected based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) occurring between CdSe/ZnS QD donors and black hole quencher (BHQ) acceptors. QD-DNA probe was prepared by conjugating the carboxyl-modified QD and the amino-modified DNA with the EDC. Photoluminescence (PL) quenching was achieved through FRET after the addition of BHQ-DNA which was attached to tst gene probe by match sequence hybridization. The PL recovery was detected in the presence of target DNA by BHQ-DNA detached from QD-DNA probe because of the different affinities. In contrast, mismatch oligonucleotides and DNAs of other bacteria did not contribute to fluorescence intensity recovery, which exhibits the higher selectivity of the biosensor. The experimental results showed clearly that the intensity of recovered QD PL is linear to the concentration of target DNA within the range of 0.2-1.2 μM and the detection limit was 0.2 μM.