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
甲氨蝶呤（Methotrexate, MTX）；样品基质：0.1 M醋酸缓冲液（pH 4.5）孵育溶液及电极表面
检测原理
该传感器以GCE为换能器，表面固定dsDNA或poly[G]/poly[A]作为识别层。MTX加入后，在pH 4.5醋酸缓冲液中，其带负电羧基与DNA磷酸骨架存在静电排斥，促使MTX先结合于DNA沟槽并诱导DNA弯曲/扭结；随后MTX平面芳香结构嵌入互补碱基对之间。短孵育时DNA凝聚、结构变刚，嘌呤碱基dGuo和dAdo被遮蔽，差分脉冲伏安氧化峰降低；随孵育时间延长，嵌入导致dsDNA解旋，嘌呤碱基更易接触电极，dGuo和dAdo氧化峰增强。MTX自身氧化峰（+0.77 V）随嵌入增加而下降。poly[A]传感器中MTX峰下降更明显，提示MTX对腺嘌呤富集区段优先亲和。AFM进一步显示形成更致密、略厚的MTX-dsDNA晶格和聚集体。
检测灵敏度
—
效应效果
研究未报告LOD、线性范围、RSD或实际样品回收率。电极经金刚石抛光并记录至稳态基线，作者称可保证可重复性；AFM在多次独立实验中一致观察到MTX沿HOPG三级对称方向形成纳米线，长度约96 nm、最长300 nm，高度0.7±0.1 nm，聚集体约1.2 nm。dsDNA控制层高度0.7±0.2 nm，24 h MTX-dsDNA层高度1.0±0.2 nm，并出现2–6 nm聚集体。选择性方面，MTX可与poly[G]和poly[A]均聚核苷酸作用，但poly[A]中MTX氧化峰随孵育时间下降更明显，提示对腺嘌呤富集区段优先亲和。作者认为该DNA电化学传感器可用于研究抗癌药-DNA相互作用，支持药物发现及环境、食品、医学相关相互作用评价。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻璃碳电极（GCE），经金刚石抛光，提供导电换能表面
- 识别元件层：双链DNA（dsDNA）或单链均聚核苷酸poly[G]/poly[A]，滴涂干燥固定，用于结合MTX
- 被测物：甲氨蝶呤（MTX），与DNA结合或嵌入碱基对，引起界面结构变化
- 信号标记物：无外加标记，利用dsDNA嘌呤碱基（dGuo、dAdo）及MTX自身氧化峰作为电化学信号
- 支持电解质：0.1 M醋酸缓冲液（pH 4.5），提供离子导电环境
- 参比电极：Ag/AgCl，提供稳定电位参考
- 对电极：铂丝（Pt），完成电化学回路
- AFM表征基底：高定向热解石墨（HOPG），用于观察MTX/dsDNA吸附形貌
中文摘要
本研究采用DNA电化学生物传感器和原子力显微镜（AFM）原位评估双链DNA（dsDNA）与抗癌药物甲氨蝶呤（MTX）的相互作用。在高度定向热解石墨（HOPG）表面，利用磁交流模式AFM观察MTX、dsDNA及MTX-dsDNA共吸附形貌。孵育溶液中的电化学实验表明，MTX与dsDNA相互作用会随时间改变dsDNA结构。AFM图像显示，MTX结合后HOPG表面DNA自组装网络发生重组，形成更致密、略厚的MTX-dsDNA晶格，并嵌入大量聚集体。MTX嵌入互补碱基对之间引起dsDNA解旋，使嘌呤氧化峰增强。研究还使用dsDNA电化学传感器以及鸟嘌呤和腺嘌呤单链均聚核苷酸poly[G]、poly[A]电化学传感器，阐明MTX与dsDNA的相互作用机制，并提示MTX对腺嘌呤富集区段具有优先亲和性。
英文摘要
An in situ evaluation of the dsDNA-methotrexate (MTX) interaction was performed by voltammetry using a DNA-electrochemical biosensor and characterized by atomic force microscopy (AFM) at a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) surface. Electrochemical experiments in incubated solutions showed that the interaction of MTX with dsDNA leads to modifications to the dsDNA structure in a time-dependent manner. The AFM images show reorganization of the DNA self-assembled network on the surface of the HOPG electrode upon binding methotrexate and the formation of a more densely packed and slightly thicker MTX-dsDNA lattice with a large number of aggregates embedded into the network film. The intercalation of MTX between complementary base pairs of dsDNA lead to the increase of purine oxidation peaks due to the unwinding of the dsDNA. The dsDNA-electrochemical biosensor and the purinic homo-polynucleotide single stranded sequences of guanosine and adenosine, poly[G] and poly[A]-electrochemical biosensors, were used to investigate and understand the interaction between MTX and dsDNA.