组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
丙烯酰胺（acrylamide, AA）及其代谢物环氧丙酰胺（glycidamide）诱导的 DNA 损伤（DNA damage）；样品基质：pH 5.5 磷酸盐缓冲液（PBS）孵育液，检测于 pH 7.0 PBS 中进行
检测原理
传感器以 PGE 为基底，石墨烯-IL-Nafion 膜提供导电通道和负电荷界面，HRP 与 dsDNA 通过静电作用交替组装。孵育时，AA 可直接与 DNA 碱基发生 Michael 加成形成加合物；当存在 H2O2 时，HRP 被激活为 HRP FeIV=O，催化 AA 环氧化生成 glycidamide。glycidamide 与 DNA 形成更强加合物，破坏双螺旋结构，使原本位于双链内部的鸟嘌呤暴露。暴露的 G 在约 0.87 V 处发生氧化，DPV 峰电流随 DNA 损伤程度增加而增大，从而间接反映 AA 及其代谢物的致损伤能力。该过程以酶促代谢激活作为信号放大，无需外部标记。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
EIS 显示 Nafion 使界面阻抗升高，石墨烯和 IL 降低电荷转移电阻，(HRP/DNA)n 组装后阻抗随层数增加，n≤3 时近似线性，说明薄膜均匀，因此选择 n=3。DPV 中空白与单独 H2O2 孵育后无显著鸟嘌呤氧化峰，0.1% AA 孵育后在 0.87 V 出现明显峰，AA+1.5 mM H2O2 峰电流更大，表明代谢激活增强 DNA 损伤。H2O2 在 0.1–2 mM 范围内，1.5 mM 时 HRP 活性最高，过高浓度抑制酶活。UV-vis 260 nm 吸收在 HRP+H2O2+AA 下显著升高并蓝移，与电化学结果一致。方法无需外部标记，可体外模拟并直接检测 DNA 损伤，适用于污染物和药物遗传毒性筛选。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：热解石墨电极（PGE），作为工作电极提供电子转导
- 纳米材料修饰层：石墨烯（graphene）-离子液体（IL，1-乙基-3-甲基咪唑基乙基硫酸盐）-Nafion 复合膜，分散石墨烯、增强导电并提供负电荷界面
- 识别/生物活性层：辣根过氧化物酶（HRP）与天然双链 DNA（dsDNA）交替静电组装的 (HRP/DNA)n 薄膜（n=3），HRP 模拟代谢激活，dsDNA 作为损伤探针
- 信号指示：DNA 中鸟嘌呤（G）氧化信号，作为内源指示无需外部标记
- 反应试剂：丙烯酰胺（AA）和/或 H2O2，在 pH 5.5 PBS、37 ℃ 孵育，HRP/H2O2 将 AA 转化为环氧丙酰胺（glycidamide）
- 检测介质：pH 7.0 PBS，用于差分脉冲伏安法（DPV）检测鸟嘌呤氧化峰
- 三电极体系：饱和甘汞电极（SCE）作参比电极，铂丝作辅助电极
中文摘要
本文报道了一种用于直接检测丙烯酰胺（AA）及其代谢物诱导 DNA 损伤的电化学生物传感器。首先制备石墨烯-离子液体-Nafion 修饰的热解石墨电极（PGE），再通过静电层叠法将辣根过氧化物酶（HRP）与天然双链 DNA（dsDNA）交替组装成 (HRP/DNA)n 薄膜，并用电化学阻抗谱表征电极界面。以 DNA 中鸟嘌呤氧化信号为内源指示，将修饰电极在 37 ℃ 下分别于 AA 溶液或 AA+H2O2 溶液中孵育后，采用差分脉冲伏安法检测 DNA 损伤。结果表明，H2O2 存在时 HRP 被激活，催化 AA 转化为环氧丙酰胺（glycidamide），后者可形成 DNA 加合物并造成比 AA 更严重的 DNA 损伤。紫外-可见光谱结果与电化学结果一致，说明该方法可为体外模拟和直接检测化学污染物及其代谢物诱导的 DNA 损伤提供新模型。
英文摘要
A new electrochemical biosensor for directly detecting DNA damage induced by acrylamide (AA) and its metabolite was presented in this work. The graphene-ionic liquid-Nafion modified pyrolytic graphite electrode (PGE) was prepared, and then horseradish peroxidase (HRP) and natural double-stranded DNA were alternately assembled on the modified electrode by the layer-by-layer method. The PGE/graphene-ionic liquid-Nafion and the construction of the (HRP/DNA)(n) film were characterized by electrochemical impedance spectroscopy. With the guanine signal in DNA as an indicator, the damage of DNA was detected by differential pulse voltammetry after PGE/graphene-ionic liquid-Nafion/(HRP/DNA)(n) was incubated in AA solution or AA+H(2)O(2) solution at 37°C. This method provides a new model to mimic and directly detect DNA damage induced by chemical pollutants and their metabolites in vitro. The results indicated that, in the presence of H(2)O(2), HRP was activated and catalyzed the transformation of AA to glycidamide, which could form DNA adducts and induce more serious damage of DNA than AA. In order to further verify these results, UV-vis spectrophotometry was also used to investigate DNA damage induced by AA and its metabolites in solution and the similar results were obtained.