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
GSTP1启动子高甲基化DNA（GSTP1 promoter hypermethylation）、未甲基化GSTP1 DNA；样品基质为血浆无细胞DNA经亚硫酸氢盐转化和MSP-PCR扩增后的变性PCR产物，另用合成寡核苷酸验证。
检测原理
该传感器为无标记电化学基因传感器。GSTP1甲基化特异性或未甲基化DNA捕获探针通过物理吸附固定于铅笔石墨电极表面。经亚硫酸氢盐转化和MSP-PCR扩增后的变性靶标与探针杂交形成双链。DPV模式下，双链形成使探针中鸟嘌呤碱基被屏蔽，难以在+1.0 V附近氧化，导致鸟嘌呤氧化峰电流下降；未杂交探针峰电流较高。EIS模式下，双链DNA增加界面负电荷并阻碍Fe(CN)6^3-/4-向电极表面扩散，使电荷转移电阻Rct增大。信号变化反映杂交程度，从而指示GSTP1高甲基化状态。MSP-PCR在样品前处理中扩增靶标，提高可检测量。
检测灵敏度
LOD: 2.92 pmol of target sequence in a 100-µl reaction volume (S/N = 3)；优化后未甲基化GSTP1序列检出限：probe 5 µg/ml、target 7 µg/ml (S/N = 3)
效应效果
传感器对互补靶标与非互补序列具有良好区分能力：非互补PCR产物及甲基化/未甲基化交叉反应体系的阻抗低于完全匹配杂交体系，DPV鸟嘌呤信号与未杂交探针相近；溶液相杂交可使甲基化特异性序列的鸟嘌呤信号下降约50%。重复测量相对标准偏差（RSD）为甲基化特异性探针/杂交8.1%和8.2%，未甲基化探针/杂交5.1%和8.3%。实际血浆无细胞DNA经MSP-PCR扩增后的检测结果与琼脂糖凝胶电泳一致，可区分GSTP1高甲基化阳性、阴性及阴性对照。作者认为该方法比传统凝胶电泳和光学方法更快速、简单、无放射性且成本更低，适合前列腺癌筛查和临床诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器：一次性铅笔石墨电极（PGE），作为探针吸附与电化学换能的工作电极
- 三电极体系：Ag/AgCl参比电极与铂丝辅助电极，构成DPV/EIS测量回路
- 识别元件：甲基化特异性/未甲基化GSTP1 DNA捕获探针（M-prob/U-prob），物理吸附于PGE表面并与互补靶标杂交
- 信号标记物：无标记；直接检测DNA鸟嘌呤氧化信号（DPV）及Fe(CN)6^3-/4-氧化还原探针（EIS）
- 反应介质：PBS（pH 7.4）用于探针/靶标混合与杂交；ACB（0.5 M醋酸缓冲液含20 mM NaCl，pH 4.8）用于DPV鸟嘌呤氧化
中文摘要
本文报道了一种用于检测谷胱甘肽S-转移酶P1（GSTP1）基因高甲基化的电化学基因传感器。GSTP1启动子高甲基化是前列腺癌的特异性DNA标志物。该传感器采用一次性碳石墨工作电极，并结合差分脉冲伏安法（DPV），通过比较探针与合成靶标或变性PCR样品杂交前后在+1.0 V附近的鸟嘌呤氧化信号来判定杂交事件。同时，以铁氰化钾/亚铁氰化钾为氧化还原探针，用电化学阻抗谱（EIS）表征DNA杂交。检测流程包括两种模式：（i）将选择性识别甲基化特异性和未甲基化GSTP1序列的捕获探针直接固定于电极表面，并在电极表面完成杂交；（ii）将探针与靶标或非互补靶标在溶液中混合，再通过简单吸附修饰换能器。在100 µL反应体积中，以信噪比S/N=3计算，检出限为2.92 pmol靶标序列。文章还给出了传感器的最佳分析检测参数及其未来应用前景。
英文摘要
An electrochemical genosensor for the detection of hypermethylation of the glutathione S-transferase P1 (GSTP1) gene, a specific marker of prostate cancer, was reported. This new sensor was used in combination with a single-use carbon graphite working electrode and differential pulse voltammetry, with the results of sample analysis based on the guanine oxidation signals obtained at +1.0 V before and after hybridization between probe and synthetic target or denatured PCR samples. The detected DNA hybridization was also characterized by electrochemical impedance spectroscopy with potassium ferri/ferrocyanide as a redox probe. The protocol consisted of 2 different modes: (i) capture probes selective for methylation-specific and unmethylated GSTP1 sequences were immobilized onto the sensor directly, and hybridization was formed on the electrode surface; (ii) probe/target or probe/noncomplementary target couples were mixed in solution phase, and the transducer was modified through simple adsorption. The limit of detection (S/N=3) was calculated as 2.92 pmol of target sequence in a 100-μl reaction volume. The optimum analytical detection parameters for the biosensor, as well as its future prospects, were also presented.