组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
质粒DNA（plasmid DNA, pEGFP-N2，超螺旋/线性/变性/开环形式）、染色体DNA（chromosomal DNA）、总RNA（total RNA）；样品基质：磷酸盐缓冲液或水、细菌裂解液/质粒DNA纯化样品。
检测原理
氧化MWCNTs经硝酸/硫酸处理引入羧基，形成带负电胶体。核酸中单链、缺陷或变性区域的嘌呤/嘧啶碱基与CNT芳香管壁发生疏水及π-π作用而被吸附；超螺旋和环状质粒DNA因结构紧密、碱基可及性低，几乎不被吸附。线性、变性质粒DNA及RNA、染色体DNA可被吸附，并随CNT离心去除，从而实现超螺旋质粒DNA纯化。加入Mg2+、Mn2+、Ca2+或Ba2+后，金属离子与CNT羧基和DNA磷酸基形成螯合，使超螺旋DNA稳定结合，DLS粒径由137 nm增至258 nm。电化学验证中，吸附DNA的嘌呤氧化电流随表面DNA量增加，变性DNA电流约为天然DNA的4倍，二价离子可再增强3–4倍。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或R^2。
效应效果
氧化MWCNTs水悬液在pH约7、室温下至少1个月稳定，zeta电位-56.2 mV，DLS直径137 nm、PDI 0.279。约300 μg/mL CNTs可完全结合100 μg/mL总RNA；线性/变性质粒DNA和染色体DNA被吸附，超螺旋质粒DNA保留在溶液中。0.1% Tween-20可恢复核酸迁移，提示疏水作用主导。二价金属离子介导超螺旋DNA结合，Mn2+所需CNT浓度比Mg2+低2–4倍；复合物DLS直径258 nm。电化学氧化电流中变性DNA约为天然DNA 4倍，DMI增强3–4倍。作者认为可用于基因治疗中超螺旋质粒DNA精细纯化，去除RNA、染色体DNA和变性pDNA等免疫原性杂质。
传感器的构成
- 基底/换能器：玻璃碳电极（GCE），用于电化学验证DNA吸附
- 纳米材料修饰层：氧化多层碳纳米管（o-MWCNTs），提供疏水π表面和羧基，形成负电荷胶体
- 识别元件：无特异性生物识别元件，依赖核酸构象与单链/缺陷区碱基可及性实现选择性吸附
- 信号标记物：无外源标记，核酸嘌呤碱基作为内源电化学信号源
- 螯合介质：Mg2+、Mn2+、Ca2+或Ba2+，促进超螺旋质粒DNA与氧化CNTs结合
- 支持电解质：0.01 M 醋酸钠/0.1 M NaCl（pH 5.0），用于线性扫描伏安法
- 封闭剂：未使用
- 样品基质：磷酸盐缓冲液或水，含质粒DNA、染色体DNA或RNA
中文摘要
本文提出一种利用多层碳纳米管（CNTs）作为吸附剂分离核酸的新方法。琼脂糖凝胶电泳显示，经氧化处理获得水稳定性的CNTs可吸附某些形式的核酸，包括高分子量RNA、染色体DNA以及线性和变性形式的质粒DNA；但几乎不吸附超螺旋质粒DNA。与CNTs结合的核酸可通过离心随吸附剂去除，而超螺旋质粒DNA保留在溶液中。加入二价金属离子后，超螺旋质粒DNA通过螯合作用与CNTs形成相对稳定的复合物。研究揭示了核酸与CNTs结合的新细节，并估算了复合物的化学计量。这些结果可用于基因治疗中超螺旋质粒DNA的精细纯化，也可用于生物传感器设计中的核酸操控。
英文摘要
We propose a new method for the separation of nucleic acids using multi-layered carbon nanotubes (CNTs) as an adsorbent. According to agarose gel electrophoresis, oxidized water-stable CNTs adsorb certain forms of nucleic acids, such as high molecular weight RNA, chromosomal DNA, linear and denatured forms of plasmid DNA. However, CNTs do not adsorb supercoiled form of plasmid DNA. Nucleic acids bound to CNTs can be readily removed by centrifugation whereas supercoiled plasmid DNA remains in solution. Upon the addition of divalent metal ions supercoiled plasmid DNA forms relatively stable complexes with CNTs due to chelation. Thus, new details about association of nucleic acids with CNTs were revealed and stoichiometry of the complexes was estimated. Our results can be used for fine purification of supercoiled plasmid DNA for gene therapy applications as well as manipulation of nucleic acids for biosensor design.