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
幽门螺杆菌 DNA（Helicobacter pylori DNA, H. pylori DNA）；样品基质：人胃组织匀浆提取的 DNA（human gastric tissue DNA extract）
检测原理
本方法以铋固定多壁碳纳米管电极（BCNE）为工作电极。MWCNT 提供高导电和大比表面，Bi 在 0.1 M NH4H2PO4 中形成可还原/配位界面，文中描述为 [CNE-B(H2O)n]2+ 与 H. pylori DNA 结合生成 [CNE-B(H2O)n(HPDNA)n] 超分子复合物。检测时，含 H. pylori DNA 的样品在 -2.0 V 富集电位下作用 240 s，使 DNA-Bi-CNT 复合物在电极表面吸附富集；随后进行方波剥离伏安（SW）扫描，剥离峰电流随 DNA 浓度升高而增大。CV 在约 0.4 V 还原扫描出现特征峰，SW 峰更窄更灵敏。信号放大主要来自长时间吸附富集、Bi 的电化学活性及 MWCNT 的电子传递增强，而非核酸扩增。
检测灵敏度
LOD: 0.06 μg/mL (S/N=3)；线性范围: 0.72–7.92 μg/mL H. pylori DNA (11 points)；灵敏度斜率: △x/△y=220.06 (SW)、△x/△y=333.2 (CV)；相关系数: R2=0.6338
效应效果
该传感器在 3.2 μg/mL H. pylori DNA 重复 15 次测定的 RSD 为 0.830%，摘要另报告 3.2 mg/mL 下 RSD 为 1.68%（n=5），重现性较好。阴性健康 DNA 基本无特征峰，峰电流约 0.03×10−6–0.05×10−6 A；阳性患者 SW 峰电流为 2.39–3.97×10−6 A，CV 为 3.83–8.64×10−6 A，阳性信号比阴性高约 100 倍，显示较好区分能力。15 例已知患者盲测结果与常规 PCR 一致，阴性 0.06–0.09×10−6 A、阳性 2.3–3.2×10−6 A。检测时间仅 2 min，流程较 PCR 扩增和电泳光密度检测更简单，作者认为可用于胃炎和消化性溃疡患者的 H. pylori DNA 临床诊断。
传感器的构成
- 工作电极基底：毛细玻璃管（capillary glass tube）与铜线（Cu wire），承载 BCNE 糊并连接电化学测量系统
- 纳米材料修饰层：多壁碳纳米管（MWCNT）与铋（Bi）按 40:40 混合，构成 BCNE 导电/吸附界面
- 粘结成型层：矿物油（mineral oil，20%）作为粘结剂，使 MWCNT-Bi 糊成型
- 识别元件：未使用独立抗体/适配体/DNA探针，依赖 Bi-CNT 对 H. pylori DNA 的吸附/配位形成 [CNE-B(H2O)n(HPDNA)n]
- 辅助电极：Ag/AgCl 参比电极与 Pt 辅助电极，用于三电极伏安测量
- 电解质：0.1 M NH4H2PO4（pH 3.5），提供离子导电环境
中文摘要
本研究采用铋固定碳纳米管电极（BCNE）对幽门螺杆菌（Helicobacter pylori, H. pylori）DNA 进行伏安法检测。循环伏安（CV）分析峰电位在 0.4 V 还原扫描处获得；在最优方波（SW）剥离条件下，诊断工作范围为 0.72–7.92 μg/mL H. pylori DNA（11 个浓度点）。在 240 s 富集时间下，对 3.2 mg/mL H. pylori DNA 测得相对标准偏差为 1.68%（RSD，n=5）。最优条件下检出限为 0.06 μg/mL。所开发传感器可用于 15 例疑似人胃组织的临床应用，因为患者峰电流比阴性健康组织高约 100 倍。检测时间仅 2 min，且流程较常规 PCR 扩增及电泳光密度检测更简单。
英文摘要
The voltammetric assay of Helicobacter pylori DNA was investigated using a bismuth-immobilized carbon nanotube electrode (BCNE). The analytical cyclic voltammetry (CV) peak potential was obtained at a 0.4V reduction scan, where the diagnostic optimum square-wave (SW) stripping working range was achieved at 0.72-7.92 μg/mL H. pylori DNA (11 points). A relative standard deviation of 1.68% (RSD, n=5) was obtained with 3.2 mg/mL H. pylori DNA using a 240 s accumulation time. Under optimum conditions, detection limit was 0.06 μg/mL. The developed sensors can be used for clinical application in the 15th doubted human gastric tissues, since the patient's peak current increased a hundred times more than the negative healthy tissue did. The sensing time obtained was only two minutes, and the process was simpler compared to common PCR amplification and electrophoresis photometric detection systems.