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
氯苯（chlorobenzene, CB）、1,2-二氯苯（1,2-dichlorobenzene, 1,2-DCB）、1,2,4,5-四氯苯（1,2,4,5-tetrachlorobenzene, 1,2,4,5-TCB）、六氯苯（hexachlorobenzene, HCB）；样品基质为地下水/真实水样（标准液为水与N,N-二甲基甲酰胺4:1）
检测原理
巯基终止DNA探针通过硫醇自组装固定于金电极表面，经6-巯基-1-己醇封闭后与互补DNA杂交形成双链DNA（dsDNA）识别层。亚甲基蓝（MB）嵌入dsDNA，在约-0.125 V发生表面控制氧化还原，差分脉冲伏安（DPV）/循环伏安（CV）产生还原峰电流。氯苯类污染物（以六氯苯HCB为代表）与dsDNA通过π-堆积、氢键和疏水作用相互作用，可能直接置换嵌入的MB，或破坏碱基对氢键与π-堆积使双螺旋打开并释放MB。电极附近可还原MB减少，MB还原峰电流下降。峰电流下降百分比Dpc随氯苯浓度增加而增大，并与浓度对数呈线性关系；低电位MB指示剂策略放大了相互作用信号并降低共存干扰。
检测灵敏度
LOD: 30 pmol L−1（约8.6 ng L−1）；线性范围: 100 pmol L−1–100 nmol L−1（对HCB浓度对数线性）
效应效果
该传感器对氯苯（CB）和六氯苯（HCB）在1 ng/mL时Dpc分别为11.7%和25.7%，而对KNO3、柠檬酸钠、草酸钠、尿素、乙酸乙酯、碳酸二乙酯、N,N-二甲基甲酰胺在100 ng/mL时Dpc均小于5%；100倍过量阴性干扰物对氯苯响应影响可忽略，乙醇、磷酸盐、甲酰胺、二氯乙烷等高浓度干扰Dpc也小于5%。地下水样品Dpc在3.6%内为阴性，加标CB、1,2-DCB和HCB后Dpc分别达18.3%、26.9%、34.9%，与GC-ECD和GC-MS结果一致。图2B和图4标准偏差均小于5%。不同氯苯响应与其毒性/logKow相关，作者认为其可作为突发氯苯污染快速报警工具，但不能区分HCB及其同系物。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode），经机械抛光与电化学清洗，作为工作电极和电子转导基底
- 识别元件：巯基终止单链DNA探针（ssDNA，5′-SH-(CH2)6-AGCTGCGTCACGCCCA-3′），通过硫醇自组装固定于Au表面，提供氯苯相互作用位点
- 识别结构：互补DNA（5′-TGGGCGTGACGCAGCT-3′）与ssDNA杂交形成双链DNA（dsDNA），增强结构稳定性并作为氯苯相互作用主体
- 封闭剂：6-巯基-1-己醇（MCH），封闭未覆盖金表面，减少干扰物接近电极
- 信号标记物：亚甲基蓝（MB），氧化还原活性指示剂，嵌入dsDNA并放大电化学信号
- 电解液：10 mM PBS（pH 7.0，50 mM NaCl）含10 μM MB，提供离子环境和MB氧化还原
- 参比/辅助电极：Ag/AgCl参比电极和铂丝辅助电极，用于三电极电化学测量
中文摘要
本文提出一种基于双链DNA修饰金电极（dsDNA/Au）的电化学DNA生物传感器，用于氯苯类污染物的快速筛查与检测，其中氧化还原活性亚甲基蓝（MB）用于放大dsDNA与目标分析物之间的相互作用。以六氯苯（HCB）作为氯苯类模型分析物，该传感器对HCB浓度从100 pmol/L到100 nmol/L的对数值呈线性响应，检出限为30 pmol/L，明显优于其他生物传感器。基于循环伏安（CV）、差分脉冲伏安（DPV）、紫外-可见光谱和电化学石英晶体微天平（EQCM）的系统表征，提出了传感器与HCB的相互作用机制。进一步研究表明，该传感器可在100倍量其他共存化学物质（如乙酸乙酯、草酸钠等）存在下筛查氯苯类化合物，且对不同氯苯类化合物的响应信号与其各自毒性相关。所提出的生物传感器有望成为真实水样中氯苯类污染物快速筛查的“报警”工具。
英文摘要
In this work, an electrochemical DNA biosensor based on double-stranded DNA modified Au electrode (dsDNA/Au) was proposed for the rapid screening and detection of chlorinated benzenes pollutants, in which redox-active methylene blue (MB) was used to amplify the interaction between dsDNA and the target analyte. Using hexachlorobenzene (HCB) as a model analyte of chlorinated benzenes, the biosensor demonstrated a linear response with the logarithm of HCB concentrations from 100 pmol L(-1) to 100 nmol L(-1). The obtained detection limit was 30 pmol L(-1), which was remarkably superior to other biosensors. The interaction mechanism of the biosensor with HCB was proposed based on systematical characterization by cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV), UV-vis spectrometry and electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM). Further studies revealed that the biosensor could screen chlorinated benzenes in the presence of 100 fold amount of other co-existing chemicals (ethyl acetate and sodium oxalate, etc.), and the response signal of the biosensors for different chlorinated benzenes was correlative to their respective toxicity. The proposed biosensor proved to be a promising "alarm" tool for rapid screening of chlorinated benzenes in real water samples.