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
凝血酶（thrombin）；样品基质：人血清（human serum）
检测原理
金电极表面先固定MUA和22碱基凝血酶适配体，再滴加CdSHNs并覆盖壳聚糖膜。未结合凝血酶时，适配体呈发夹结构，其磷酸骨架负电荷阻碍K3[Fe(CN)6]在金电极表面的电子转移。当凝血酶加入后，与适配体特异性结合，诱导适配体由发夹结构转变为G-四链体，使适配体一端远离电极表面，电子转移恢复。CdSHNs一方面增大电极粗糙度和双电层电容，降低电荷转移电阻，另一方面促进适配体构象转换，从而放大氧化电流。在490 mV处，K3[Fe(CN)6]的氧化电流随凝血酶浓度增加而增大，实现电化学检测。
检测灵敏度
线性范围: 0–33 μg mL−1；灵敏度: 1.34 μA mL μg−1 cm−2；R^2 = 0.9956 (n = 12)；未固定CdSHNs: 线性范围 2.75–27.5 μg mL−1，灵敏度 0.062 μA mL μg−1 cm−2
效应效果
该传感器对凝血酶具有良好特异性：1 μM BSA和1 μM溶菌酶几乎无干扰，0.1 mM IgG相对响应约10.8%。稳定性方面，在Tris–HCl缓冲液中保存10 d保留96.0%初始活性，空气中保存保留87.3%。5个独立制备电极在20 μg/mL凝血酶下的电流RSD为6.40%。4份人血清样品检测结果与荧光法一致，RSD为3.20%–4.89%。与未固定CdSHNs电极相比，线性范围由2.75–27.5 μg/mL扩展至0–33 μg/mL，灵敏度由0.062提高至1.34 μA mL μg−1 cm−2，作者认为其可用于临床血清凝血酶检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（gold electrode, GCE），抛光后作为电子转导基底
- 自组装单分子层：11-巯基十一烷酸（MUA），在金表面形成自组装膜并提供羧基
- 偶联活化层：EDC/NHS磷酸缓冲液，活化MUA羧基以共价固定适配体
- 识别元件：22碱基凝血酶适配体（aptamer），以发夹结构识别凝血酶并发生构象转换
- 纳米信号放大层：硫化镉空心纳米球（CdSHNs），促进电子转移并促进适配体向G-四链体转换
- 固定/封闭膜：壳聚糖（chitosan）膜，防止适配体和CdSHNs脱落并允许凝血酶透过
- 电化学探针：铁氰化钾（K3[Fe(CN)6]），作为氧化还原探针提供电流信号
中文摘要
本文报道了一种利用22碱基适配体修饰硫化镉空心纳米球（CdSHNs）放大电化学信号的简便方法。以凝血酶为模型，采用循环伏安法、电化学阻抗谱和圆二色谱表征适配体与CdSHNs的相互作用。结果表明，CdSHNs可促进金电极与K3[Fe(CN)6]之间的电子转移，并在适配体与凝血酶结合后促进其由发夹结构向G-四链体构象转换。在最佳条件下，修饰电极可在0–33 μg/mL范围内定量检测凝血酶，灵敏度为1.34 μA mL μg−1 cm−2；而未固定CdSHNs的适配体修饰电极线性范围为2.75–27.5 μg/mL，灵敏度为0.062 μA mL μg−1 cm−2。该传感器具有良好的稳定性、特异性、重现性和准确性，为构建适配体生物传感器提供了有前景的平台。
英文摘要
A simple method to amplify the electrochemical signal by an aptamer with 22 bases modified with CdS hollow nanospheres (CdSHNs) was described. Using the thrombin as a model, the interaction between the aptamer and CdSHNs was characterized by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and circular dichroism spectroscopy. CdSHNs promoted the electron transfer between the gold electrode and K(3)[Fe(CN)(6)] and facilitated the conformation conversion of the aptamer from hairpin to G-quadruplex after the aptamer interacted with thrombin. Under optimal conditions, the modified electrode could be used for the determination of thrombin from 0 to 33 μg mL(-1) and the sensitivity was 1.34 μA mL μg(-1)cm(-2), while the linear range of the modified electrode without the immobilization of CdSHNs was from 2.75 to 27.5 μg mL(-1) and the sensitivity was 0.062 μA mL μg(-1)cm(-2). This constructed biosensor also had a good stability, specificity, reproducibility and accuracy which could provide a promising platform for fabrication of aptamer based biosensors.