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
目标DNA（Target DNA，序列特异性DNA）；样品基质：DNA杂交缓冲液/溶液
检测原理
硫醇化捕获探针自组装于多孔金纳米膜(GNF)电极表面，经MCH封闭后形成有序识别层。目标DNA与捕获探针杂交后，携带信号探针的DAHF偶联物通过杂交结合到电极表面，形成三明治结构。DAHF以Fe3O4纳米颗粒为载体，经PSS/PDDA层层自组装负载高含量HRP，并由Au NPs桥接DNA探针，实现酶信号放大。加入TMB和H2O2后，HRP催化TMB氧化生成可还原产物；在-100 mV下计时电流检测其还原电流。目标DNA浓度越高，结合DAHF和HRP越多，催化产生的电流越大，电流与目标DNA浓度对数呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: 7.1 pM (S/N=3)；线性范围: 50 pM–500 nM；R^2 = 0.997；0.71 fmol in 100 μL
效应效果
该传感器对目标DNA具有良好选择性：100 nM双碱基错配DNA和100 nM非互补DNA产生的信号均不超过1 nM目标DNA信号的12%。重现性方面，7个电极测定1 nM目标DNA的相对标准偏差(RSD)为8.4%；4 ℃保存1周后响应保持初始信号的92%。与裸金电极上依次结合目标DNA、生物素化探针和链霉亲和素-HRP的对照体系相比，1 nM目标DNA时本传感器电流为4.8×10^-7 A，对照为7.0×10^-8 A，对照信号低于本传感器的14.5%。作者认为该方法无需溶解纳米颗粒和阳极溶出步骤，检测限较文献酶放大方法降低约2个数量级，适用于生物分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金盘电极经阳极氧化和β-D-葡萄糖还原制备多孔金纳米膜(GNF)，提供三维大比表面并锚定捕获探针
- 识别元件：硫醇化捕获探针(Capture probe)自组装于GNF，与目标DNA杂交
- 封闭剂：6-巯基-1-己醇(MCH)处理捕获探针层，形成有序DNA单分子层并封闭非特异位点
- 信号放大载体：Fe3O4纳米颗粒(Fe3O4 NPs)经聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)层层自组装(LbL)修饰，负载高含量辣根过氧化物酶(HRP)
- 信号标记物：金纳米颗粒(Au NPs)包覆于HRP-Fe3O4表面，并通过S-Au键连接硫醇化信号探针(Signal probe)和稀释探针(Diluting probe)，形成DNA-Au-HRP-Fe3O4(DAHF)偶联物
- 信号底物：3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)与H2O2在HRP催化下氧化，产生可电化学检测的氧化产物
中文摘要
本文报道了一种用于序列特异性DNA敏感检测的电化学方法。以辣根过氧化物酶(HRP)功能化的Fe3O4纳米颗粒作为信号放大源，通过层层自组装(LbL)技术将高含量HRP吸附在Fe3O4纳米颗粒表面，制备HRP功能化Fe3O4纳米颗粒。随后，利用金纳米颗粒(Au NPs)作为桥梁，将硫醇化信号探针和稀释探针固定在HRP功能化Fe3O4纳米颗粒上，形成DNA–Au–HRP–Fe3O4(DAHF)生物偶联物。将该DAHF偶联物锚定到金纳米膜(GNF)修饰电极表面，构建三明治型电化学DNA生物传感器。采用循环伏安法(CV)、计时电流法(i–t)和电化学阻抗谱(EIS)对传感器进行表征。在优化条件下，该策略可将目标DNA检测至0.7 fmol，动态范围跨越4个数量级，并对双碱基错配DNA和非互补DNA序列表现出良好区分能力。
英文摘要
An electrochemical approach for the sensitive detection of sequence-specific DNA has been developed. Horseradish peroxidase (HRP) assembled on the Fe(3)O(4) nanoparticles (NPs) were utilized as signal amplification sources. High-content HRP was adsorbed on the Fe(3)O(4) NPs via layer-by-layer (LbL) technique to prepare HRP-functionalized Fe(3)O(4) NPs. Signal probe and diluting probe were then immobilized on the HRP-functionalized Fe(3)O(4) NPs through the bridge of Au NPs. Thereafter, the resulting DNA-Au-HRP-Fe(3)O(4) (DAHF) bioconjugates were successfully anchored to the gold nanofilm (GNF) modified electrode surface for the construction of sandwich-type electrochemical DNA biosensor. The electrochemical behaviors of the prepared biosensor had been investigated by the cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (i-t), and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Under optimal conditions, the proposed strategy could detect the target DNA down to the level of 0.7 fmol with a dynamic range spanning 4 orders of magnitude and exhibited excellent discrimination to two-base mismatched DNA and non-complementary DNA sequences.