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
铜绿假单胞菌 16S rRNA（Pseudomonas aeruginosa 16S rRNA）；样品基质为铜绿假单胞菌培养物提取总 RNA（经热变性和催化片段化），用于堆肥降解过程监测。
检测原理
探针 P1 的 5′ 端硫醇通过 Au–S 键自组装固定于金电极，3′ 端生物素位于茎环末端。无目标时，6 bp 茎区使探针保持闭合构象，生物素靠近电极表面；目标铜绿假单胞菌 16S rRNA 片段与环区 21 bp 序列杂交后，茎环打开，暴露 3′ 端生物素。链霉亲和素-HRP 通过生物素-链霉亲和素高亲和作用结合到电极表面。加入 H2O2 和对苯二酚后，HRP 催化氧化还原反应，在 -0.15 V 下产生安培电流。目标浓度越高，结合的 HRP 越多，催化电流越大，电流与目标浓度对数呈线性。茎环构象开关提高错配区分，酶催化提供信号放大。
检测灵敏度
LOD: 0.012 pg/µL；线性范围: 0.3–600 pg/µL；灵敏度斜率: 0.9343 ± 0.0295（回归方程 I = (0.9092 ± 0.0504) + (0.9343 ± 0.0295) × lgC）；R^2 = 0.9960；RSD: 6.8%
效应效果
该传感器对完全互补序列 T1 与单碱基错配序列 T1M1 的安培响应差异明显：加入 0.1 M H2O2 后，P1–T1 电流增量约 2.2 µA，而 P1–T1M1 仅约 0.2 µA，表明其具有较好的单碱基错配区分能力。校准曲线三次重复的平均相对标准偏差（RSD）为 6.8%，显示良好重现性。对铜绿假单胞菌提取的 16S rRNA 进行检测，结果与紫外分光光度法参考值一致，回收率分别为 91.49%、112.37%、95.95% 和 97.79%。作者认为该方法可用于堆肥过程中铜绿假单胞菌种群动态监测，但尚未用其他细菌总 RNA 验证特异性，也未评估传感器重复使用性。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au，直径 2 mm），经机械抛光与 0.5 M H2SO4 循环伏安预处理，作为工作电极。
- 自组装修饰层：5′-硫醇化茎环寡核苷酸探针 P1 与 3-巯基丙酸（MPA）共自组装于金表面，形成有序单分子层并封闭非特异位点。
- 识别元件：茎环探针 P1 的环区序列，特异性识别铜绿假单胞菌 16S rRNA 的 21 bp 片段。
- 封闭剂：1% 牛血清白蛋白（BSA）封闭电极表面剩余活性位点。
- 信号标记物：链霉亲和素-辣根过氧化物酶（streptavidin-HRP），与探针 3′ 端生物素结合，提供酶催化信号。
- 底物/电子供体：0.1 M H2O2 与 1 mM 对苯二酚（hydroquinone）溶于 PBS，用于 HRP 催化安培检测。
- 读出系统：CHI660B 电化学工作站，三电极体系（Ag/AgCl 参比电极、铂丝辅助电极），在 -0.15 V 下安培法检测 HRP 催化电流。
中文摘要
本研究设计了一种基于固定化茎环结构探针的电化学 DNA 生物传感器，用于堆肥降解过程中铜绿假单胞菌 16S 核糖体 RNA（rRNA）的酶促检测。探针 5′ 端修饰硫醇、3′ 端修饰生物素，通过自组装固定于金电极表面。无目标时探针呈闭合茎环构象；目标核酸杂交后诱导构象打开，使 3′ 端生物素与链霉亲和素-辣根过氧化物酶（HRP）结合。在底物存在下，通过电化学检测 HRP 催化产物实现目标定量。在最优条件下，HRP 催化反应的安培电流响应与目标核酸浓度对数在 0.3–600 pg/µL 范围内呈线性关系，检出限为 0.012 pg/µL，相关系数为 0.9960。对铜绿假单胞菌提取的 16S rRNA 进行检测，结果与紫外分光光度法参考值一致。该传感器具有良好精密度、稳定性、灵敏度和选择性。
英文摘要
We have designed an electrochemical DNA biosensor based on stem-loop structured probes for enzymatic detection of Pseudomonas aeruginosa 16S ribosomal RNA (rRNA) in composting degradation. The probe modified with a thiol at its 5' end and a biotin at its 3' end was immobilized on a gold electrode through self-assembly. The stem-loop structured probes were "closed" when target was absent, then the hybridization of the target induced the conformational changes to "open", along with the biotin at its 3' end binding with streptavidin-horseradish peroxidase (HRP), and subsequent quantification of the target was detected via electrochemical detecting the enzymatic product in the presence of substrate. Under the optimum experiment conditions, the amperometric current response to HRP-catalyzed reaction was linearly related to the logarithm of the target nucleic acid concentration, ranging from 0.3 and 600 pg/μL, with the detection limit of 0.012 pg/μL. A correlation coefficient of 0.9960 was identified. The 16S rRNA extracted from P. aeruginosa was analyzed by this proposed sensor. The results were in agreement with the reference values deduced from UV spectrometric data. The biosensor was indicative of good precision, stability, sensitivity, and selectivity.