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
互补单链DNA靶标S2（target ssDNA S2，TNF相关序列）；样品基质：PBS缓冲液（pH 7.0/7.4）
检测原理
5′-磷酸化ssDNA探针S1通过磷酸基团与NiOxnp的强亲和作用固定在玻碳电极表面，BSA封闭非活性位点。当互补靶标ssDNA S2存在时，与S1杂交形成双链DNA（dsDNA），使电极界面负电荷密度增加，并改变电子转移特性。随后[Ru(NH3)5Cl]PF6复合物嵌入dsDNA碱基对之间，形成氧化还原活性复合物。在DPV下，Ru复合物发生氧化，产生阳极电流；靶标浓度越高，形成的dsDNA越多，嵌入的Ru复合物越多，电流越大。EIS中，Fe(CN)6^3−/4−探针受界面负电荷排斥，电子转移电阻随固定和杂交逐步增加；Ru复合物作为电子穿梭介质可降低Rct。错配或非互补序列难以形成稳定dsDNA，Ru嵌入弱，因此信号显著降低。
检测灵敏度
LOD: 6.8 × 10−11 M (68 pM)；LOQ: 230 pM；线性范围: 4 × 10−10 M 至 1 × 10−8 M；灵敏度: 34.32 nA nM−1；R^2 = 0.999 (I (nA) = 34.325 C (nM) −0.12 nA)；R^2 = 0.9974 (I (nA) = 20.8 C (nM) + 6.5 nA, 0.4 nM 至 10 nM)
效应效果
该传感器对互补靶标S2选择性良好：非互补序列S3无信号变化，三碱基错配S4仅弱信号，单碱基错配S5信号明显低于互补序列。再生性能方面，与3 nM S2杂交后，经75 ℃热水洗涤和冰浴冷却再生，四次循环后仍保留96%初始电流，重复峰电流RSD为5.5%（n=4）。六支独立制备传感器检测5 nM S2的批间RSD为4.5%。作者认为其制备简单、成本低、稳定性与重现性优异，可用于TNF相关特定DNA序列的灵敏检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GC electrode），经抛光和超声清洗，作为电化学信号换能基底
- 纳米材料修饰层：氧化镍纳米颗粒（NiOxnp）膜，由电沉积制备，平均粒径30–50 nm，提供高比表面积和磷酸基团结合位点
- 识别元件：5′-磷酸化单链DNA探针S1（ssDNA probe S1），通过5′-磷酸基团与NiOxnp结合固定
- 封闭剂：牛血清白蛋白（BSA，1% w/w，PBS pH 7.4），封闭电极表面非活性位点
- 信号标记物：[Ru(NH3)5Cl]PF6复合物（Ru-complex），作为氧化还原指示剂/嵌入剂，与双链DNA结合后产生DPV阳极电流
- 检测介质：PBS缓冲液（pH 7.4）及K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6氧化还原探针，用于DPV和EIS信号读出
中文摘要
开发了一种基于将DNA探针和[Ru(NH3)5Cl]PF6复合物固定于氧化镍纳米材料（NiOxnp）修饰玻碳电极表面的灵敏电化学DNA杂交检测方法。由于NiOxnp对磷酸基团具有强亲和力，带5′-磷酸末端寡核苷酸探针可附着于修饰电极表面。采用K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6和[Ru(NH3)5Cl]PF6分别作为探针和指示剂，通过电化学阻抗谱（EIS）和差分脉冲伏安法（DPV）表征DNA固定与杂交。Ru复合物电流响应仅对互补序列产生明显电流信号，与非互补及三碱基或单碱基错配序列相比差异显著。所制生物传感器对互补探针（taxon: 32630肿瘤坏死因子TNF相关序列）具有良好选择性和灵敏度。线性动态范围4×10−10 M至1×10−8 M，灵敏度34.32 nA nM−1，检出限6.8×10−11 M。传感器重现性和稳定性优异，制备简单、成本低。
英文摘要
A sensitive electrochemical method for DNA hybridization based on immobilization of DNA probe and [Ru(NH(3))(5)Cl]PF(6) complex onto nickel oxide nanomaterials (NiOx(np)) modified glassy carbon electrode was developed. Due to strong affinity of NiOx(np) for phosphate groups, oligonucleotides probe with a terminal 5'-phosphate group was attached to the surface of the modified electrode. DNA immobilization and hybridization were characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and differential pulse voltammetry using K(3)Fe(CN)(6)/K(4)Fe(CN)(6) and [Ru(NH(3))(5)Cl]PF(6) as probe and indicator, respectively. The Ru-complex current response indicates only the complementary sequence showing an obvious current signal in comparison to non-complementary and three or single point mismatched sequences. The fabricated biosensor possessed good selectivity and sensitivity for complementary probe, taxon: 32630 tumor necrosis factor (TNF). The linear dynamic range, sensitivity and detection limit of the proposed biosensor were 4×10(-10) M to 1×10(-8) M, 34.32 nA nM(-1) and 6.8×10(-11) M, respectively. Excellent reproducibility and stability, quite simple and inexpensive preparation are the other advantages of proposed biosensor.