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
单碱基错配 DNA（single base mismatches, SBM）及互补/非互补目标 DNA；样品基质为 PBS 缓冲液中的 DNA 寡核苷酸溶液。
检测原理
该传感器以金电极为换能器，MPA 自组装层和 EDC/NHS 共价固定捕获 DNA，目标 DNA 杂交后探针 DNA 再杂交形成双链识别层，Ag-NPs 固定在探针顶端。检测时，互补目标形成完整双链，DNA 碱基 π-堆积保持良好，电子可经双链从电极长程传递至 Ag-NPs，DPV 在约 0.24 V 处出现 Ag-NPs 氧化峰；目标量增加时氧化峰电流增大，16 pmol 后趋于饱和。若存在单碱基错配，碱基堆积被破坏，长程电荷转移受阻，Ag-NPs 氧化电流显著降低。Ag-NPs 固定于识别层顶端，避免溶液报告物经孔洞直接到达电极或定位在错配位点之前，从而提高区分度。EIS 中互补目标 Rct 较低，错配/非互补目标 Rct 升高。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或 R^2。
效应效果
该传感器对互补目标与非互补目标选择性良好，非互补目标 DPV 信号仅为互补目标的 8%。对 G–A、G–T、C–A 和 T–T 等单碱基错配，DPV 信号降低 71–89%，可区分远端与近端错配。EIS 中非互补目标 Rct 为 900±59 Ω，互补目标为 198±13 Ω，错配目标 Rct 介于两者之间；作者认为 DPV 比 EIS 更有效。探针 DNA 表面密度为 4.4±0.4×10^12 molecules/cm2，Ag-NPs 平均粒径约 10±3 nm。电极可重复使用，避免了剥离氧化破坏 DNA 层。与文献方法相比，本方法对热力学稳定 G–A/G–T 错配具有较好检测能力，适用于遗传突变筛查。
传感器的构成
- 工作电极：金电极（Au），取自可记录光盘（CD-R），去除保护层后暴露金表面，作为电子换能器
- 自组装单层：3-巯基丙酸（MPA）在金表面自组装，提供羧基用于后续共价固定
- 活化交联层：EDC/NHS 活化 MPA 羧基，与氨基标记捕获 DNA 形成酰胺键
- 识别元件：氨基标记捕获 DNA（Capture）共价固定于电极，与目标 DNA 杂交
- 识别元件：硫醇化探针 DNA（Probe）与目标 DNA 未杂交区杂交，形成双链识别层
- 信号标记物：银纳米颗粒（Ag-NPs，约 10±3 nm）固定在探针 DNA 顶端，作为氧化还原报告物
- 检测介质：磷酸盐缓冲液（PBS，pH 5.5）与 KCl 支持电解质，用于 DPV/EIS 测量
- 辅助电极：铂丝辅助电极和 Ag/AgCl/3.0 M KCl 参比电极，构成三电极体系
中文摘要
本文报道了一种利用银纳米颗粒（Ag-NPs）作为氧化还原报告物放大电化学 DNA 杂交生物传感器响应，并用于检测单碱基错配（SBM）的策略，包括热力学稳定的 G–A 和 G–T 错配。该体系中，Ag-NPs 固定在识别层顶端，通过差分脉冲伏安法（DPV）和电化学阻抗谱（EIS）监测电极响应。只有当目标序列与捕获/探针 DNA 完全互补时，电子才能经 DNA 双链从电极表面传递至 Ag-NPs，使其发生氧化；若存在单碱基错配，DNA 碱基堆积被破坏，长程电荷转移受阻，Ag-NPs 氧化信号显著降低。因此，该传感器可通过 Ag-NPs 氧化信号区分互补目标、非互补目标以及含不同错配的目标。该策略通过避免氧化还原报告物与电极直接电子转移，并将报告物定位在错配位点之前，提高了 SBM 检测灵敏度。
英文摘要
In this manuscript, a strategy for the amplification of the responses of an electrochemical DNA hybridization biosensor using silver nanoparticles (Ag-NPs) as redox reporters and its capability for the detection of a single base mismatches (SBM) including thermodynamically stable ones, is described. In this assay, Ag-NPs are immobilized on the top of recognition layer and their oxidation signals are followed. Differential pulse voltammetry (DPV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) are used to monitoring the electrode response. Only for complementary target sequence, electron can transfer between Electrode surface and nanoparticles via DNA and Ag-NPs can be oxidized. Therefore this DNA biosensor could differentiate between complementary target and one containing either SBM or thermodynamically stable G-A and G-T targets through oxidation signal of Ag-NPs. This biosensor is able to detect SBM by overcome the direct electron transfer of redox reporter with electrode surface and positioning of it before the mismatch position.