组成图示
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传感器类型
化学发光生物传感器
检测对象
目标DNA（target DNA，18-mer寡核苷酸）；样品基质：TE缓冲液/磷酸盐缓冲液中的DNA溶液
检测原理
目标DNA先固定在壳聚糖修饰的玻璃碳电极表面，再与经EDC偶联硫化铜纳米粒子（CuS NPs）的DNA探针杂交。杂交后，CuS NPs随探针附着于电极界面，其数量与目标DNA浓度相关。随后用0.2 M硝酸处理，使CuS NPs溶解并释放Cu2+，Cu2+量正比于杂交量。为放大信号，Cu2+在铂平板电极上以阳极溶出伏安法（ASV）于-0.8 V预富集80 s，再于+0.3 V溶出。溶出的Cu2+进入流动注射系统，与鲁米诺（luminol）和过氧化氢（H2O2）反应，Cu2+催化/参与鲁米诺化学发光，发光强度随Cu2+浓度增加而增强，从而反映目标DNA浓度。
检测灵敏度
LOD: 5.5 × 10−13 M；线性范围: 2.0 × 10−12–1.0 × 10−10 M；回归方程: Y = 2.82X + 20.09 (X: 10−12 M)；斜率: 2.82；R^2 = 0.9937
效应效果
该传感器在2.0×10−12 M目标DNA浓度下，11次独立实验的相对标准偏差为8.6%。选择性方面，完全互补序列产生明显化学发光信号，双碱基错配序列信号显著减弱，非互补序列无响应。与文献中基于银纳米粒子的化学发光方法相比，本方法探针修饰仅需约13 h，而银纳米粒子寡核苷酸制备需116 h；CuS NPs比Ag NPs更廉价且可在室温制备，而Ag NPs需冰浴。鲁米诺–H2O2–Cu2+反应比Ag+–K2S2O8–Mn2+–H3PO4–luminol体系更简单快速，无需90 °C水浴7 min。作者认为该FI-CL DNA生物传感器灵敏度高、选择性好，可替代其他生物检测，但需额外溶解和预富集步骤。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃碳电极（GCE），用于固定目标DNA并作为杂交反应界面
- 修饰层：壳聚糖（chitosan，1 wt%），涂覆于GCE表面，用于静电吸附固定目标DNA
- 识别元件：目标DNA（target DNA，18-mer寡核苷酸），固定在壳聚糖/GCE表面，与标记探针杂交
- 识别元件：DNA探针（DNA probe，5′-NH2-18-mer），与目标DNA互补杂交
- 纳米材料修饰层：硫化铜纳米粒子（CuS NPs，平均直径约20 nm），经EDC偶联到DNA探针，作为铜离子信号源
- 信号标记物：鲁米诺（luminol）和过氧化氢（H2O2），与溶出的Cu2+发生化学发光反应
- 预富集电极：铂平板电极（Pt plat electrode），用于阳极溶出伏安法（ASV）富集Cu2+，增强灵敏度
- 辅助电极/参比电极：铂丝辅助电极和Ag/AgCl参比电极，用于ASV电化学预富集
- 流动注射读出系统：蠕动泵、切换阀、流动池和CL检测器，用于试剂混合与化学发光信号采集
中文摘要
本文报道了一种基于鲁米诺–过氧化氢–铜离子（luminol–H2O2–Cu2+）流动注射化学发光（FI-CL）体系的短序列DNA高灵敏生物传感器。以5′-氨基标记的DNA探针与硫化铜纳米粒子（CuS NPs）偶联，使其能够与固定在玻璃碳电极（GCE）表面的目标DNA杂交。杂交事件发生后，用硝酸处理使CuS NPs溶解并释放铜离子，随后通过阳极溶出伏安法（ASV）对铜离子进行预富集，以提高检测灵敏度。在最佳条件下，化学发光强度与目标DNA浓度在2.0×10−12–1.0×10−10 M范围内呈线性关系，检出限为5.5×10−13 M。对双碱基错配序列和非互补序列的检测表明，错配序列发光强度明显减弱，非互补序列无响应，说明该传感器具有较高选择性。
英文摘要
A novel and sensitive biosensor for the determination of short sequence of DNA based on flow injection (FI)-chemiluminescence (CL) system of luminol-H2O2-Cu2+ was developed in the present work. The DNA probe labeled with copper sulfide nanoparticles (CuS NPs) could hybridize with target DNA immobilized on glass-carbon electrode (GCE). The hybridization events were monitored by the CL intensity of luminol-H2O2-Cu2+ after the cupric ions was dissolved from the hybrids. A preconcentration process of cupric ions was performed by anodic stripping voltammetry (ASV) technology to improve the sensitivity of the biosensor. Under the optimum conditions, the CL intensity was proportional to the concentration of target DNA in the range of 2.0 x 10(-12)-1.0 x 10(-10)M. A detection limit of 5.5 x 10(-13)M of target DNA was achieved. The CL intensity of two-base mismatched sequences and noncomplementary sequences were also detected. The experiments indicated that two-base mismatched sequences showed weaker CL intensity and noncomplementary sequences gave no response at all.