组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
目标 DNA（target DNA，tDNA-15/tDNA-10，HIV gag 基因相关序列）；样品基质：PBS 缓冲液（pH 7.4）
检测原理
PNA 探针共价固定于醌基导电聚合物表面。单链 PNA 中性且柔韧，与互补 DNA 杂交后形成刚性双链；目标 DNA 带负电，使聚合物–溶液界面电荷密度由中性转为负电，并改变局部离子环境与醌基电子转移条件。该界面变化通过聚合物内嵌醌基的氧化还原过程换能，使方波伏安法（SWV）中醌峰电流增加，形成 signal-on 响应。非互补或单碱基错配序列在 60 °C 严格洗涤后去除，不产生显著电流变化。在 10–100 nM 范围内，差值电流随目标 DNA 浓度增加而增大，检测限约 10 nM。该策略无需外源标记或指示剂，直接检测杂交事件。
检测灵敏度
LOD: around 10 nM；线性范围: 10 nM–100 nM
效应效果
传感器对完全互补 tDNA-15 产生明显差值 SWV 电流增加，较短的 tDNA-10 信号较低；随机序列 rDNA-15 和单碱基错配 mDNA-15 经 60 °C 洗涤后无显著变化，表明其能有效区分单碱基错配。电极可在纯水中 37 °C 搅拌 24 h 去杂交再生，第二次杂交响应与第一次相似；超过 3 次去杂交后电流逐渐下降。检测限约 10 nM，作者认为并非理论极限，可通过更小体积、微电极或微流控体系进一步提高。方法无需标记和外源指示剂，操作相对简单，作者主张其有望用于遗传诊断。
传感器的构成
- 基底电极：玻璃碳（GC）圆盘，作为工作电极提供导电基底
- 导电聚合物层：聚(5-羟基-1,4-萘醌-co-5-羟基-3-硫代乙酸-1,4-萘醌)（poly(JUG-co-JUGA)），含电活性醌基并提供羧基偶联位点
- 偶联试剂：EDC 和 NHS，介导 PNA 氨基与聚合物羧基酰胺化
- 识别元件：PNA 探针 pPNA（NH2-TCTTCCTCTCAGCCT-H），中性 DNA 类似物，杂交后柔韧性变化
- 内源信号：聚合物内嵌醌基（JUG/JUGA），作为氧化还原信号中心，无需外源标记
- 读出介质：PBS（pH 7.4），提供离子环境并用于 SWV 检测醌峰电流变化
中文摘要
本文报道了一种基于肽核酸（PNA）探针的无标记电化学杂交生物传感器。PNA 探针通过 EDC/NHS 介导的酰胺化反应共价连接到含醌基的电活性导电聚合物 poly(JUG-co-JUGA) 修饰的玻璃碳电极表面。单链 PNA 具有柔性，与互补 DNA 杂交后形成刚性双链，并因目标 DNA 带负电而改变聚合物–溶液界面的电荷分布与局部环境，从而影响聚合物内醌基的氧化还原电子转移。采用方波伏安法（SWV）直接检测醌峰电流变化，无需外源氧化还原标记或指示剂。互补目标 DNA 杂交后醌峰电流增加，非互补序列无显著变化；传感器可有效区分单碱基错配。检测限约为 10 nM，电极经纯水去杂交后可再生复用，作者认为该策略有望用于遗传诊断。
英文摘要
An electrochemical hybridization biosensor based on peptide nucleic acid (PNA) probe is presented. PNA were attached covalently onto a quinone-based electroactive polymer. Changes in flexibility of the PNA probe strand upon hybridization generates electrochemical changes at the polymer-solution interface. A reagentless and direct electrochemical detection was obtained by detection of the electrochemical changes using square wave voltammetry (SWV). An increase in the peak current of quinone was observed upon hybridization of probe on the target, whereas no change is observed with non-complementary sequence. In addition, the biosensor is highly selective to effectively discriminate a single mismatch on the target sequence. The sensitivity is also presented and discussed.