组成图示
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传感器类型
微流控生物传感器
检测对象
大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）、大肠杆菌 DNA（E. coli DNA）；样品基质：LB 肉汤、过滤尿液（加标）
检测原理
样品中的大肠杆菌在 66 °C 等温条件下被热裂解，释放 malB 基因 DNA。LAMP 引物（F3、B3、FIP、BIP、Loop F、Loop B）与 Bst 聚合酶在反应腔内特异性识别并等温扩增目标 DNA，将少量模板放大至大量双链产物。随后扩增产物进入检测腔，与 PBS 和 20 μM Hoechst 33258 混合。Hoechst 33258 作为氧化还原分子结合到 DNA 小沟，并引起 DNA/染料聚集，使电极表面可及电子减少，阳极氧化峰电流下降。被测物浓度越高，LAMP 产物越多，Hoechst 结合和聚集越强，阳极峰电流下降越明显；高浓度时趋于饱和。通过 LSV 读取阳极峰电流并与阴性对照比较，实现检测和定量。
检测灵敏度
LOD: 8.6 fg/μl DNA；24 CFU/ml 细菌（60 min）；48 CFU/ml 细菌（35 min）；线性范围: 48 (CFU)/ml–4.8 × 10^5 (CFU)/ml；R^2 = 0.97（LB 肉汤）；R^2 = 0.94（尿液）
效应效果
该芯片无需 DNA 提取、纯化和探针固定，可在单腔室内完成细菌裂解、LAMP 扩增和电化学检测。对 35.6 ng/μL DNA 模板，20 min 即可检测，40 min 后 LAMP 产物趋于饱和。在 LB 肉汤和过滤尿液中，48–4.8×10^5 CFU/mL 范围内阳极峰电流与细菌对数浓度呈线性，R^2 分别为 0.97 和 0.94；35 min 扩增时灵敏度为 48 CFU/mL。交叉反应测试中，Listeria 和 S. aureus DNA 未引起明显阳极峰下降，表明引物特异性良好。尿液中 20% 比例不抑制 LAMP，实际使用 5 mL 尿液加入 25 mL master mix。作者认为该装置比 Galacto-Light Plus 和 TaqMan 等商业设备更快、更敏感且试剂消耗更少，适合 POC 诊断。
传感器的构成
- 基底/热控层：铝热块（aluminum heat block）提供 66 °C 等温热源；玻璃载玻片（glass slide）作为支撑基底。
- 微流控层：PDMS（poly(dimethylsiloxane)）芯片，含 200 μm 通道、35 μL 反应腔、3 mm 检测腔及 PDMS 活性阀，用于流路控制与反应/检测分区。
- 电极层：一次性电化学印刷芯片（DEP chip），含碳工作电极（carbon working electrode）、碳对电极（carbon counter electrode）和 Ag/AgCl 参比电极（Ag/AgCl reference electrode），用于 LSV 电化学检测。
- 识别/扩增元件：LAMP 引物（F3、B3、FIP、BIP、Loop F、Loop B）与 Bst 聚合酶（Bst Polymerase），特异性识别大肠杆菌 malB 基因并等温扩增。
- 信号标记物：Hoechst 33258 氧化还原分子（20 μM），与扩增 DNA 小沟结合并引起 DNA 聚集，降低电极表面阳极氧化电流。
- 反应介质：PBS 缓冲液及 LAMP master mix（含 Betain、Thermopol buffer、MgSO4、dNTP），维持扩增与电化学测量环境。
中文摘要
本研究开发了一种用于快速检测和定量大肠杆菌（Escherichia coli）的微流控电化学生物传感器。该传感器将环介导等温扩增（LAMP）与线性扫描伏安法（LSV）相结合，利用氧化还原分子 Hoechst 33258 识别扩增产物。当 LAMP 扩增产生大量 DNA 时，Hoechst 33258 与 DNA 小沟结合并引起 DNA 聚集，使电极表面可及电子减少，导致阳极氧化峰电流显著下降。与需要探针固定、DNA 提取和纯化的传统方法不同，该方法在单一微流控腔室内完成细菌裂解、等温扩增和电化学检测，无需核酸提取和纯化步骤。在 LB 肉汤和尿液样品中，该芯片可在 60 min 内检测并定量 24 CFU/mL 的大肠杆菌和 8.6 fg/μL 的 DNA，在 35 min 内检测 48 CFU/mL 的大肠杆菌。作者认为该微流控芯片具有作为临床/医院即时诊断（POC）设备的潜力。
英文摘要
Microfluidic electrochemical biosensor for performing Loop-mediated isothermal amplification (LAMP) was developed for the detection and quantification of Escherichia coli. The electrochemical detection for detecting the DNA amplification was achieved using Hoechst 33258 redox molecule and linear sweep voltametry (LSV). The DNA aggregation and minor groove binding with redox molecule cause a significant drop in the anodic oxidation of LSV. Unlike other electrochemical techniques, this method does not require the probe immobilization and the detection of the bacteria can be accomplished in a single chamber without DNA extraction and purification steps. The isothermal amplification time has a major role in the quantification of the bacteria. We have shown that we could detect and quantify 24 CFU/ml of bacteria and 8.6 fg/μl DNA in 60 min and 48 CFU/ml of bacteria in 35 min in LB media and urine samples. We believe that this microfluidic chip has great potential to be used as a point of care diagnostic (POC) device in the clinical/hospital application.