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
靶 DNA（target DNA，含完全匹配与单碱基错配寡核苷酸）、腺苷（adenosine）；样品基质为 DNA 杂交缓冲液/磷酸盐缓冲液体系
检测原理
该传感器采用 signal-off 电化学检测机制。MB 标记 ssDNA 探针通过 π-堆积非共价缠绕在 SWNTs 表面，SWNTs 再经 DEC/sulfo-NHS 固定于 GCE。无靶 DNA 时，MB 标记探针密集负载于 SWNTs 上，SWNTs 的高比表面积和导电性促进 MB 与 GCE 间电子转移，产生较高 SWV 峰电流。加入靶 DNA 后，探针与靶 DNA 杂交形成 dsDNA；由于 dsDNA 不能结合 SWNTs，MB 标记探针从电极表面脱落，SWV 峰电流下降。信号下降幅度随靶 DNA 浓度增加而增大，峰电流与靶 DNA 浓度对数呈线性关系。适配体模式下，腺苷与 MB 标记适配体结合形成稳定复合物，使适配体从 SWNTs 脱落，同样引起 SWV 信号降低。SWNTs 通过负载更多 MB-ssDNA 并加速电子转移实现信号放大。
检测灵敏度
LOD: 1.0 pM；线性范围: 0.01 nM–5.0 nM；回归方程: ipa = 0.9874–0.3871 log C（斜率 -0.3871）；相关系数: 0.9931；腺苷 LOD: 0.2 nM
效应效果
该传感器重现性良好，10次重复实验RSD为2.3%。选择性方面，0.8 nM完全匹配靶DNA使SWV信号降低53%，而0.8 nM单碱基错配靶DNA仅降低10%，两者响应差异超过5倍，表明可区分单碱基错配。与未修饰SWNT的E-DNA传感器相比，0.8 nM靶DNA信号降低从17%提高到53%；与MWNT基传感器相比，信号降低从19%提高到53%。DNA检测LOD为1.0 pM，较已报道E-DNA传感器和基于鸟嘌呤电氧化的SWNT传感器提高约4个数量级。腺苷检测LOD为0.2 nM，较先前适配体传感器提高25倍。论文未报告实际样品加标回收率，但作者认为其可用于基因相关疾病早期诊断及凝血酶、可卡因等生物分子检测。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳电极（GCE，直径2.0 mm），经氧化铝抛光和K2Cr2O7/HNO3氧化活化，作为工作电极。
- 交联固定层：DEC与sulfo-NHS，用于将SWNT–DNA复合体固定到GCE表面。
- 纳米材料修饰层：单壁碳纳米管（SWNTs，直径约2 nm），经HNO3/H2SO4氧化分散，作为信号放大平台并促进MB电子转移。
- 识别元件：MB标记单链DNA探针（ssDNA probe，5′-TGAGTGGGT CGA AAA-(CH2)7-MB-3′），通过π-堆积非共价缠绕SWNTs并识别靶DNA。
- 适配体识别元件：MB标记腺苷适配体（aptamer），用于腺苷检测模式。
- 信号标记物：亚甲基蓝（MB），电化学活性标记，产生SWV峰电流。
- 检测介质：10 mM PBS（pH 7.4）与100 mM NaCl，用于SWV测量；杂交/结合使用50 mM Tris-HCl、100 mM NaCl和0.1% Tween 20缓冲液。
中文摘要
本文首次报道一种基于单壁碳纳米管（SWNTs）的简单电化学 DNA（E-DNA）生物传感器制备方法。将亚甲基蓝（MB）标记的单链 DNA（ssDNA）探针与 SWNTs 结合，形成纳米材料–生物分子复合体，作为信号放大平台，促进电化学标记物与电极之间的电子转移。在无靶 DNA 时，该传感器产生较高的方波伏安（SWV）信号；当存在靶 DNA 时，MB 标记 ssDNA 探针与靶 DNA 杂交形成双链 DNA（dsDNA），dsDNA 不能结合 SWNTs，导致 MB 标记探针从 SWNT 修饰电极表面脱落，SWV 信号降低。该 signal-off 型 SWNT 基 E-DNA 生物传感器具有灵敏度提高、线性动态范围宽、检出限低等优点，并可区分单碱基错配靶 DNA。进一步实验表明，SWNT 基传感器在 DNA 检测中优于多壁碳纳米管（MWNT）基传感器。此外，将适配体引入该 SWNT 基生物传感器还可扩展用于腺苷等小分子生物标志物的检测。
英文摘要
We report for the first time a simple approach to fabricate an electrochemical DNA (E-DNA) biosensor by introducing the single-walled carbon nanotubes (SWNTs). The SWNTs combine with the electrochemical label (methyl blue, MB)-modified single-stranded DNA (ssDNA) probes to generate a nanomaterial-biomolecule composite, which functions as a signal amplification platform to facilitate the electron-transfer between the electrochemical label and the electrode. This SWNT-based E-DNA biosensor produces a high square wave voltammetry (SWV) signal in the absence of target DNA. In the presence of target DNA, the MB-labeled ssDNA probes are removed from the SWNT-modified electrode due to the formation of a double-stranded DNA (dsDNA), generating a relatively low SWV signal. This signal-off SWNT-based E-DNA biosensor exhibits improved sensitivity and large linear dynamic range with low detection limit; it can even distinguish 1-base mismatched target DNA. Further experiments demonstrate that the SWNT-based E-DNA biosensor is superior to the multi-walled carbon nanotube (MWNT)-based one for DNA detection. Moreover, the introduction of aptamer into the SWNT-based biosensor might be further extended to detect small biomolecules such as adenosine.