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
大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）/大肠杆菌16S rRNA片段DNA；样品基质：LB培养基、河水
检测原理
传感器以Fe2O3@Au磁性核壳纳米粒子为支持物，巯基化捕获探针通过Au-S键固定于Au壳表面。大肠杆菌基因组DNA经提取变性后，其16S rRNA片段目标DNA与捕获探针杂交；生物素标记报告探针再与目标DNA另一端杂交，形成夹心复合物。亲和素-HRP通过生物素-亲和素强相互作用结合到报告探针上，使HRP定位在MNP表面。加入TMB和H2O2后，HRP催化TMB氧化/还原反应，产生可电化学检测的氧化还原产物；在玻碳电极100 mV固定电位下记录安培电流。目标DNA或细菌浓度越高，夹心复合物和HRP越多，催化产生的电流越大。无需PCR等核酸扩增，酶催化实现信号放大。
检测灵敏度
DNA目标：LOD: 0.01 pM (>3SD)；线性范围: 1.0 × 10−13–1.0 × 10−9 M。E. coli：LOD: 500 ± 5% cfu/mL；线性范围: 1 × 103–5 × 105 cfu/mL；R^2 = 0.977。孵育后：LOD: 5 cfu/mL（4.0 h）
效应效果
该传感器对单碱基错配具有较高选择性：1 pM完全互补目标信号至少为100 pM单碱基错配序列的3倍，100 nM非互补序列信号接近背景。对5×10^3 cfu/mL大肠杆菌的重复性RSD（n=5）约为4.14%。河水样品中测得大肠杆菌浓度为100 cfu/mL，与平板计数法结果120 cfu/mL一致。作者认为其检测限优于其他无需核酸扩增的大肠杆菌电化学DNA传感器，具有低成本、高选择性、良好重复性，适用于水体或食品工业中细菌污染监测。
传感器的构成
- 换能器电极：玻碳电极（GCE）作为工作电极，配合Ag/AgCl参比电极和铂丝辅助电极，用于安培信号读出。
- 纳米材料修饰层：Fe2O3@Au核壳磁性纳米粒子（MNPs），Fe2O3核提供磁性分离，Au壳提供金硫化学固定DNA并降低表面氧化。
- 识别元件：巯基化捕获探针（capture probe，5′-SH-TAT TAA CTT TAC TCC-3′）通过Au-S键自组装于Au壳表面，用于捕获目标DNA。
- 封闭剂：牛血清白蛋白（BSA）用于封闭MNP表面及离心管，减少非特异吸附。
- 识别元件：生物素标记报告探针（reporter probe，5′-CTT CCT CCC CGC TGA-BIOTIN-3′）与目标DNA另一端杂交，将生物素定位到MNP表面。
- 信号标记物：亲和素-辣根过氧化物酶（avidin-HRP）通过生物素-亲和素作用结合报告探针，提供酶催化放大。
- 底物/电子供体：3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）与H2O2在HRP催化下产生可电化学检测产物，在100 mV固定电位下安培检测。
中文摘要
本文报道了一种基于Fe2O3@Au核壳纳米粒子的电化学DNA生物传感器，用于大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）的安培检测。通过还原HAuCl4在Fe2O3纳米粒子表面沉积金壳，制备出磁性Fe2O3@Au核壳纳米粒子。该传感器采用夹心式检测策略：捕获探针固定于磁性纳米粒子（MNPs）表面，目标DNA与标记辣根过氧化物酶（HRP）的报告探针分别杂交，形成夹心复合物。施加磁场后，夹心复合物被磁分离，固定在MNPs表面的HRP催化底物反应并产生电化学信号。该传感器无需核酸扩增即可检测高于0.01 pM的DNA目标序列和高于500 cfu/mL的大肠杆菌；经4.0 h孵育富集后，大肠杆菌检测限可降至5 cfu/mL。
英文摘要
A Fe(2)O(3)@Au core/shell nanoparticle-based electrochemical DNA biosensor was developed for the amperometric detection of Escherichia coli (E. coli). Magnetic Fe(2)O(3)@Au nanoparticles were prepared by reducing HAuCl(4) on the surfaces of Fe(2)O(3) nanoparticles. This DNA biosensor is based on a sandwich detection strategy, which involves capture probe immobilized on magnetic nanoparticles (MNPs), target and reporter probe labeled with horseradish peroxidase (HRP). Once magnetic field was added, these sandwich complexes were magnetically separated and HRP confined at the surfaces of MNPs could catalyze the enzyme substrate and generate electrochemical signals. The biosensor could detect the concentrations upper than 0.01 pM DNA target and upper than 500 cfu/mL of E. coli without any nucleic acid amplification steps. The detection limit could be lowered to 5 cfu/mL of E. coli after 4.0 h of incubation.