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（target DNA, TD，HIV-1 U5 LTR 38-mer）；样品基质：1 M NaClO4 溶液、1:1 稀释 HeLa 细胞裂解液
检测原理
捕获探针 CP 通过金–硫醇化学固定于金电极，目标 DNA TD 的 5'端与 CP 杂交，3'端与二茂铁标记信号探针 SP 杂交。辅助探针 AP 可识别 SP 上两个不同区域，使 AP 与 SP 交替杂交并自组装成携带大量 Fc 的长 DNA concatamer。TD 的存在将长 concatamer 触发连接到电极表面，使大量 Fc 氧化还原标记靠近电极。DPV 测量 Fc 的氧化还原峰电流，电流随 TD 浓度增加而增大。双链 DNA 的有序碱基堆积还可改善 DNA 介导电荷传输，进一步放大信号。
检测灵敏度
LOD: 100 aM；线性范围: 100 aM–1 nM；R^2 = 0.9967
效应效果
该传感器无需酶或复杂设备，检测限达 100 aM，较传统 DNA 三明治法（100 pM）提高 1000 倍，灵敏度接近 PCR。在 1 nM 下，完全互补目标 DNA 与单碱基错配目标 DNA 的峰电流比约为 6:1，显示良好序列特异性。在 1:1 稀释 HeLa 细胞裂解液中，信号略低于 1 M NaClO4 中的响应，但仍能区分不同浓度目标 DNA，表明可耐受复杂基质干扰。文中以五次重复测量的标准差误差棒展示重现性，但未给出 RSD、稳定性或加标回收率数值。作者认为其可用于 DNA 诊断和临床分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode），提供电子转导与 DPV 信号读出
- 封闭剂：甲硫醇（MCH），封闭金电极表面非特异性吸附位点
- 识别元件：捕获探针（CP，3'-端 (CH2)6-SH 修饰寡核苷酸），通过金–硫醇化学固定于金电极，与目标 DNA 5'端杂交
- 被测物：目标 DNA（TD，HIV-1 U5 LTR 38-mer），一端结合 CP，另一端触发 concatamer 连接
- 信号标记物：二茂铁标记信号探针（SP，ferrocene-labeled signal probe），与目标 DNA 3'端杂交，提供 Fc 氧化还原信号
- 信号放大元件：辅助探针（AP，auxiliary probe），与 SP 两个不同区域杂交，使 AP 与 SP 自组装形成长 DNA concatamer
- 检测介质：1 M NaClO4，提供离子环境并支持 DPV 测量
中文摘要
本文报道了一种基于 DNA concatamer 的简单、超灵敏且选择性电化学生物传感器，用于痕量 DNA 检测。传感器以金电极为基底，通过金–硫醇化学将 3'-巯基捕获探针（CP）固定于电极表面，并用甲硫醇（MCH）封闭非特异性位点。带二茂铁（Fc）标记的信号探针（SP）与辅助探针（AP）可在溶液中通过 AP 与 SP 两个不同区域的杂交自组装形成长 DNA concatamer。当目标 DNA（TD）存在时，其 5'端与 CP 杂交，3'端与 SP 杂交，从而触发长 concatamer 连接到电极表面。由于每条 concatamer 携带大量 Fc 氧化还原标记，差分脉冲伏安法（DPV）峰电流显著放大。该传感器可在未优化条件下检测低至 100 aM 的目标 DNA，线性范围为 100 aM 至 1 nM，相关系数 0.9967，并能在 1:1 稀释 HeLa 细胞裂解液中保持良好响应，具有用于 DNA 诊断和临床分析的潜力。
英文摘要
A simple, ultrasensitive and selective electrochemical DNA biosensor based on DNA concatamers is described, which can detect as low as 100 aM target DNA even in complex samples.