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
17β-雌二醇（17β-estradiol, E2）；样品基质：人尿液（human urine）
检测原理
该传感器基于无标记适配体识别与电化学阻抗谱（EIS）换能。5′-巯基修饰的17β-雌二醇适配体通过Au–S键自组装于金电极表面，其负电荷骨架本身会阻碍[Fe(CN)6]3−/4−在电极界面的电子转移。当溶液中的17β-雌二醇与适配体特异性结合后，电极表面形成E2/适配体复合物，界面疏水性和空间位阻增加，形成类似绝缘层，进一步抑制氧化还原探针的电子转移，使电子转移阻抗Rct增大。阻抗变化ΔI随E2浓度升高而增大，并在一定范围内与log C呈线性关系，从而实现无标记定量检测。
检测灵敏度
LOD: 2.0 × 10−12 mol L−1；线性范围: 1.0 × 10−11–1.0 × 10−8 mol L−1；灵敏度斜率: 317.05（ΔI = 317.05 log C + 3860.7）；R = 0.9921
效应效果
该传感器对结构类似物2-甲氧基萘和1-氨基蒽醌（5×10−11 mol L−1）仅引起轻微阻抗变化，表现出良好选择性。不同修饰电极在5×10−11 mol L−1 E2下的阻抗RSD不超过5.0%（N=5）。用50 mM EDTA洗涤可解离适配体-目标复合物，传感器至少可再生重复使用10次且响应无明显变化。人尿液样品稀释1000倍后直接检测，加标回收率为91.7%–103.1%，RSD为2.1%–4.3%（n=3）。作者称其检出限较先前电化学传感器低一个数量级，且比基于功能聚合物的纳米传感器更易制备、灵敏度更好，适用于尿液等实际样品中E2的快速检测。
传感器的构成
- 基底电极：金电极（Au electrode，直径3 mm），经Al2O3抛光和0.5 mol L−1 H2SO4循环伏安活化，作为工作电极与换能器
- 识别元件/修饰层：5′-巯基修饰的76-mer 17β-雌二醇适配体（thiolated 17β-estradiol aptamer，10 mmol L−1），通过Au–S键自组装形成单分子层并特异性识别目标
- 被测物：17β-雌二醇（17β-estradiol, E2），与适配体结合形成E2/适配体复合物，增强界面电子转移阻力
- 氧化还原探针：[Fe(CN)6]3−/4−（5 mmol L−1，含0.1 mol L−1 KCl），用于EIS监测界面电子转移阻抗
- 参比/对电极：Ag/AgCl参比电极和Pt丝对电极，构成三电极体系
- 读出系统：CHI 660D电化学分析仪，EIS频率0.1 MHz–0.1 Hz、5 mV扰动，Randles等效电路拟合阻抗
中文摘要
本文报道了一种用于检测17β-雌二醇（17β-estradiol, E2）的无标记适配体电化学阻抗谱（EIS）生物传感器。将5′-巯基修饰的76-mer E2适配体通过Au–S共价键自组装固定于金电极表面，形成单分子识别层。加入E2后，目标分子与电极表面适配体特异性结合，形成E2/适配体复合物，使电极界面绝缘性增强，氧化还原探针[Fe(CN)6]3−/4−的电子转移阻抗显著增大。在优化条件下，阻抗变化ΔI与E2浓度在1.0×10−11–1.0×10−8 mol L−1范围内呈线性关系，检出限为2.0×10−12 mol L−1。该传感器对结构类似物具有良好选择性，稳定性与重现性较好，并可经EDTA再生重复使用，成功应用于人尿液中E2的检测。
英文摘要
A novel aptamer-based label-free electrochemical impedance spectroscopy biosensor for 17β-estradiol has been fabricated. The aptamers were firstly immobilized on the gold electrode through Au-S interaction; the aptamer probe was then bound with the addition of 17β-estradiol to form the estradiol/aptamer complex on the electrode surface. This leads to a significantly larger interfacial electron transfer resistance than that without the addition of 17β-estradiol. The change in the resistance had a linear relationship with 17β-estradiol concentration in the range of 1.0 × 10(-8) to 1.0 × 10(-11) mol L(-1), with a detection limit of 2.0 × 10(-12) mol L(-1). The biosensor showed high selectivity to 17β-estradiol and good stability. The designed biosensor has been applied to detect 17β-estradiol in human urine with satisfactory results.