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
结核分枝杆菌复合群（Mycobacterium tuberculosis complex, MTC）特异性 IS6110 DNA 片段；样品基质：合成单链 DNA（ssDNA）模板，文中未实际检测痰液等生物样品
检测原理
首先用嗜热解旋酶依赖等温扩增（tHDA）在 65 ℃ 下扩增结核分枝杆菌复合群特异性 IS6110 片段，无需热循环仪。扩增产物变性后，与胺基磁性颗粒（MPs）上的捕获 DNA 探针杂交，经磁分离去除未结合目标；随后加入偶联报告 DNA 探针的糊精包覆金纳米颗粒（AuNPs），与目标另一端杂交形成 MP–target–AuNP 三明治复合物，再次磁分离并转移至丝网印刷碳电极（SPCE）。加入 1 M HCl 溶解 AuNPs 生成 Au3+，在 SPCE 上以差分脉冲伏安法（DPV）将 Au3+ 还原为金，产生 0.30–0.35 V 电流峰。峰高随目标 DNA 浓度呈对数线性变化，信号放大来自 tHDA 扩增与 AuNP 电化学标记。
检测灵敏度
LOD: 0.01 ng/µl（105 bp 等温扩增目标）；线性范围: 0.01–10 ng/µl（对数线性）；半定量 LOD: 0.1 ng/µl
效应效果
该研究以合成单链 DNA 作为概念验证模板，未报告实际痰液样品回收率、RSD 或交叉反应选择性数据。DPV 金还原峰位于 0.30–0.35 V，三次独立试验中每个浓度均做三次重复；在 0.01–10 ng/µl 范围内呈对数线性关系，但 0.1 与 0.01 ng/µl 峰高存在变异，作者归因于低浓度下颗粒分散和可及表面积差异，因此给出半定量检测限 0.1 ng/µl。糊精包覆 AuNPs 与柠檬酸包覆 AuNPs 电化学标记效果无差异。整个检测（不含 DNA 提取）约 6 h，无需热循环仪，可用普通加热块或水浴及手持电位计，适合资源受限的外围实验室。
传感器的构成
- 换能器电极：丝网印刷碳电极（SPCE），工作电极为碳、参比电极为银/氯化银，用于差分脉冲伏安法（DPV）检测金离子还原峰
- 捕获纳米颗粒：胺基修饰磁性颗粒（MPs，约1 μm），经 sulfo-SMCC 偶联捕获 DNA 探针（TB 3′thiol），用于捕获目标 DNA 并实现磁分离
- 报告纳米颗粒：糊精包覆金纳米颗粒（dextrin-coated AuNPs，约12.5 nm），经配体交换偶联报告 DNA 探针（TB 5′thiol），作为电化学信号标记
- 识别元件：两条 DNA 探针分别识别 tHDA 扩增的 IS6110 片段两端，形成 MP–target–AuNP 三明治复合物
- 封闭剂：sulfo-NHS acetate，用于封闭 MPs 表面未反应连接基团
- 信号转换试剂：1 M HCl，溶解 AuNPs 生成 Au3+，在 SPCE 上经 DPV 还原为金并产生电流信号
中文摘要
本研究报道了一种基于 DNA 的生物传感器，用于检测结核分枝杆菌复合群（Mycobacterium tuberculosis complex, MTC）。该传感器采用嗜热解旋酶依赖等温扩增（tHDA）扩增 MTC 特异性 IS6110 基因片段，并以糊精包覆金纳米颗粒（dextrin-coated AuNPs）作为电化学报告标记。胺基修饰磁性颗粒（MPs）和金纳米颗粒分别偶联两条不同 DNA 探针，特异性识别扩增片段两端；杂交后形成 MP–目标 DNA–AuNP 三明治复合物，经磁分离后转移至丝网印刷碳电极（SPCE）。金纳米颗粒在酸性条件下溶解为 Au3+，并通过差分脉冲伏安法（DPV）在碳电极上还原产生电流峰。该体系对等温扩增目标 DNA 的检测限为 0.01 ng/µl，有望结合便携式手持电位计用于外围实验室的结核快速检测。
英文摘要
The present study describes the development of a DNA based biosensor to detect Mycobacterium tuberculosis using thermophilic helicase-dependent isothermal amplification (tHDA) and dextrin coated gold nanoparticles (AuNPs) as electrochemical reporter. The biosensor is composed of gold nanoparticles (AuNPs) and amine-terminated magnetic particles (MPs) each functionalized with a different DNA probe that specifically hybridize with opposite ends of a fragment within the IS6110 gene, which is M. tuberculosis complex (MTC) specific. After hybridization, the formed complex (MP-target-AuNP) is magnetically separated from the solution and the AuNPs are electrochemically detected on a screen printed carbon electrode (SPCE) chip. The obtained detection limit is 0.01 ng/μl of isothermally amplified target (105 bp). This biosensor system can be potentially implemented in peripheral laboratories with the use of a portable, handheld potentiostat.