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
利什曼原虫（Leishmania donovani）互补靶基因组DNA（target genomic DNA）；样品基质：培养原虫提取的基因组DNA、健康人血液提取的基因组DNA（对照）
检测原理
该传感器以纳米NiO/ITO为换能界面，利用高等电点NiO在生理pH下带正电，通过静电作用固定带负电的23mer ss-DNA探针。检测时，将培养原虫或患者来源的基因组DNA经超声和92–94 °C变性为单链，与探针杂交形成双链DNA。亚甲基蓝（MB）优先结合单链DNA中暴露的鸟嘌呤碱基，并在DPV约−0.19 V处发生还原产生峰电流。当互补靶DNA浓度升高时，电极表面双链DNA增多，鸟嘌呤位点被双螺旋结构屏蔽，MB结合量减少，还原电流下降，从而形成与靶DNA浓度相关的线性响应。该过程无需酶或核酸扩增，依靠MB指示剂和NiO导电界面实现信号转换。
检测灵敏度
LOD: 2 fg ml−1（原文 detection level）；图注LOD: 0.02 ± 0.002 ng ml−1；线性范围: 2 pg ml−1–2 mg ml−1
效应效果
传感器在5组重复实验中偏差小于10%，显示良好重现性。选择性方面，ss-DNA/NiO/ITO电极初始峰电流为4.58×10−5 A，与健康人非互补DNA杂交后为4.56×10−5 A，几乎不变；与黑热病患者/利什曼原虫互补DNA杂交后降至1.88×10−5 A，表明可区分病原DNA与健康人DNA。作者指出该电化学DNA传感器有望用于黑热病分子诊断，纳米NiO基探针具有开发稳定、敏感生物传感器的潜力。研究目前基于培养分离株和基因组DNA，临床样本验证仍在进行中，未报告加标回收率或与ELISA、PCR等方法的直接对比。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO导电玻璃（indium tin oxide, ITO），提供导电基底与电子传导
- 纳米材料修饰层：溶胶-凝胶法制备纳米结构氧化镍（NiO）薄膜，400 °C煅烧，立方晶相，粒径约40 nm，高等电点（IEP 10.8）正电荷吸附DNA并促进电子转移
- 识别元件：23mer单链DNA探针（ss-DNA，5′-GCCGAATAGAAAAGATACGTAAG-3′，源自L. donovani 18S rRNA），物理吸附于NiO表面，与互补靶DNA杂交
- 信号标记物：亚甲基蓝（methylene blue, MB，20 mM），氧化还原指示剂，结合DNA鸟嘌呤并在DPV中产生还原峰
- 缓冲介质：50 mM磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7，含0.7% NaCl），维持杂交与电化学测量环境
- 参比/对电极：Ag/AgCl参比电极与铂箔对电极，用于三电极DPV测量
中文摘要
本文报道了一种基于溶胶-凝胶法制备的纳米结构氧化镍（NiO）薄膜的电化学生物传感器，并将其用于内脏利什曼病（又称黑热病）的诊断。NiO薄膜沉积于氧化铟锡（ITO）导电玻璃上，通过物理吸附固定来源于杜氏利什曼原虫18S rRNA基因序列的23碱基单链DNA（ss-DNA）探针，构建利什曼原虫特异性DNA传感器。X射线衍射和扫描电镜证实形成了纳米结构NiO，紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱和扫描电镜支持ss-DNA在NiO表面的固定。以亚甲基蓝（MB）为氧化还原介导剂，采用差分脉冲伏安法（DPV）研究ss-DNA/NiO/ITO生物电极响应。在互补靶基因组DNA（疾病DNA）浓度为2 pg/mL至2 mg/mL的宽范围内获得线性响应，5组实验偏差小于10%。结果表明该传感器不仅有望用于黑热病诊断，也显示纳米NiO基探针在开发稳定、敏感生物传感器方面具有潜力。
英文摘要
Sol-gel synthesized nickel oxide (NiO) film deposited onto indium tin oxide (ITO) coated glass plate has been utilized for the development of sensitive and stable DNA biosensor and demonstrated for diagnosis of visceral leishmaniasis also known as Kala-azar. Leishmania specific sensor is developed by immobilizing 23mer DNA sequence (oligonucleotide) identified from 18S rRNA gene sequences from Leishmania donovani. Characterization studies like X-Ray Diffraction and Scanning Electron Microscopy revealed the formation of nano-structured NiO, while immobilization of single strand (ss)-DNA of Leishmania was supported by UV-visible, Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy techniques. Response studies of ss-DNA/NiO/ITO bioelectrode are carried out using differential pulsed voltammetry in presence of methylene blue redox dye as a redox mediator. A linear response is obtained in the wide concentration range of 2 pg ml(-1) to 2 μg ml(-1) of complementary target genomic DNA (disease DNA) within the variation of 10% for 5 sets of studies. The observed results hold promise not only for diagnosis of Kala-azar patients but also hold enormous potential of the nano-NiO based probe for development of stable and sensitive biosensors.