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
目标DNA序列（target DNA，PCR混合物）、HIV特异性抗体（anti-HIV antibody，临床样品/血清）、可卡因（cocaine，掺假样品/生物流体）
检测原理
该传感器以金盘电极为工作电极，C6硫醇化DNA探针通过硫醇-金自组装固定于表面，探针末端连接亚甲基蓝（MB）氧化还原报告基团。方波伏安法在约-0.35 V处监测MB氧化还原峰，峰高反映MB与金电极间电子转移效率。目标DNA与探针杂交后，探针构象或MB与电极距离改变，峰电流发生可逆变化；抗体检测中，金表面锚定探针与抗原-DNA识别链杂交，目标抗体结合抗原-DNA后改变MB界面距离，峰电流下降；小分子检测中，可卡因结合DNA适配体后诱导适配体折叠，使MB靠近或远离电极，峰电流升高。信号变化幅度与目标物浓度相关，无需外加标记或试剂。
检测灵敏度
—
效应效果
该E-DNA传感器无需外加试剂，制备约3小时手工操作加过夜孵育，单次使用仅需数分钟，且可经去离子水冲洗再生。DNA检测中，200 nM目标DNA平衡后信号至少下降60%；三次短暂去离子水冲洗后信号可恢复至原值的0.1%–5%以内。抗体检测信号下降40%–80%；可卡因适配体传感器信号可升高至200%，低表面覆盖度表现最佳。作者强调其适用于浑浊、光学致密和自荧光样品，可集成微流控，面向床旁诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金盘电极（Au disk electrode，CH Instruments），经氧化铝抛光与电化学清洁，作为工作电极和电子转导基底。
- 自组装识别层：C6硫醇化DNA探针（C6-SH-DNA，末端连接MB），通过硫醇-金自组装单分子层固定于金表面，提供识别位点。
- 氧化还原信号标记：亚甲基蓝（methylene blue, MB），共价连接于DNA探针末端，在约-0.35 V处产生方波伏安峰，报告探针构象或距离变化。
- 混合单分子层封闭：巯基己醇（mercaptohexanol, MCH，2 mM PBS），与探针形成混合自组装单分子层，稳定界面并降低非特异吸附。
- 蛋白识别元件：抗原偶联DNA识别链（DNA-antigen chimera，100 nM），与金表面锚定探针杂交，用于捕获HIV特异性抗体等蛋白。
- 小分子识别元件：可卡因结合DNA适配体（A4 cocaine aptamer，MB标记），结合可卡因后构象折叠改变MB与电极距离，用于小分子检测。
中文摘要
当前医学实践中，医生将标本送至中心实验室检测，因此必须等待数小时或数天才能获得结果。许多患者将更受益于快速床旁检测。为此，作者实验室及其他研究者开发了一种通用、无试剂生物传感器平台，支持对核酸（DNA、RNA）、蛋白（包括抗体）和小分子分析物在未处理的临床和环境样品中进行定量、无试剂电化学检测。本视频演示了该类“E-DNA”生物传感器的制备与使用。具体而言，构建并展示了用于检测聚合酶链反应混合物中目标DNA序列、HIV特异性抗体以及药物可卡因的传感器。制备过程仅需3小时手工操作，随后过夜孵育，而使用仅需数分钟。
英文摘要
As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to receive the results. Many patients would be better served by rapid, bedside tests. To this end our laboratory and others have developed a versatile, reagentless biosensor platform that supports the quantitative, reagentless, electrochemical detection of nucleic acids (DNA, RNA), proteins (including antibodies) and small molecules analytes directly in unprocessed clinical and environmental samples. In this video, we demonstrate the preparation and use of several biosensors in this "E-DNA" class. In particular, we fabricate and demonstrate sensors for the detection of a target DNA sequence in a polymerase chain reaction mixture, an HIV-specific antibody and the drug cocaine. The preparation procedure requires only three hours of hands-on effort followed by an overnight incubation, and their use requires only minutes.