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
内毒素/脂多糖（LPS, endotoxin）；样品基质：PBS缓冲液（含pDNA、RNA、BSA的模拟复杂基质）
检测原理
该传感器以金电极为换能器，MPA自组装层和ssDNA适配体共同构成界面绝缘层。Fe(CN)6^3-/4-作为氧化还原探针在电极界面发生电子转移，其过程受MPA和适配体磷酸骨架的空间位阻与负电荷排斥影响，表现为一定的电荷转移电阻。当LPS与适配体特异性结合后，界面组成、电荷分布和空间位阻发生变化，进一步阻碍Fe(CN)6^3-/4-接近金表面，使电荷转移电阻Ret增大。EIS通过等效电路拟合获得Ret，ΔRet随LPS浓度对数线性增加，从而实现定量检测。该体系未使用酶催化或核酸扩增放大，主要依赖适配体识别与阻抗界面变化。
检测灵敏度
LOD: 1 pg/ml；线性范围: 0.001–1 ng/ml；灵敏度斜率: 597.1（ΔRet = 597.1 × log([LPS]) + 3317.2）；R^2 = 0.995
效应效果
该传感器在含100 ng/ml pDNA、2.5×10^4 ng/ml RNA和5×10^4 ng/ml BSA的干扰条件下，EIS响应基本不变，显示对LPS的高选择性。传感器可在pH 4 PBS中再生，连续两次再生后对1 ng/ml LPS的Ret和ΔRet响应与首次基本一致，三次测量后RSD为5%。其检测范围为1 pg/ml–1 ng/ml，检出限为1 pg/ml，操作简便且成本较低。作者认为该适配体阻抗传感器可替代或补充目前较昂贵的抗体/抗原检测路线，适用于食品和制药领域中对复杂生物液体里内毒素的质量控制。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金盘电极（Au electrode，直径2 mm），经氧化铝抛光、Piranha溶液清洗和1 M HClO4电化学活化，作为导电基底与EIS换能器。
- 自组装单分子层：3-巯基丙酸（MPA）SAM，20 mM水/乙醇溶液沉积3 h，形成致密绝缘层并提供羧基。
- 化学交联层：MES/EDC/NHS体系活化MPA末端羧基，与适配体5′端氨基形成酰胺键，实现共价固定。
- 识别元件：氨基末端LPS特异性ssDNA适配体（aptamer，45 nt，Kd=11.9 nM），固定于MPA表面并特异性结合LPS。
- 氧化还原探针：2 mM Fe(CN)6^3-/4-，在10 mM PBS中作为EIS电子转移指示剂，用于监测界面电荷转移电阻。
- 缓冲介质：10 mM PBS（pH 7.4，含137 mM NaCl和2.7 mM KCl），用于孵育、洗涤和EIS测量。
- 电化学池电极：Ag/AgCl参比电极和Pt对电极，与金工作电极构成三电极EIS测量体系。
中文摘要
脂多糖（LPS，又称内毒素）是细菌来源重组蛋白治疗药物和质粒DNA疫苗中常见的有害杂质，可引起发热、低血压、休克甚至死亡，因此需要早期、灵敏的检测方法。本研究开发了一种基于LPS特异性单链DNA适配体的电化学生物传感器。氨基末端适配体对LPS具有较高亲和力（Kd=11.9 nM），通过3-巯基丙酸（MPA）连接物固定在金电极表面。循环伏安法和电化学阻抗谱用于表征各修饰步骤。结果表明，电荷转移电阻变化与LPS浓度对数在0.001–1 ng/ml范围内呈良好线性关系。该适配体传感器在存在质粒DNA、RNA和牛血清白蛋白时仍对LPS表现出高选择性，并可在低pH条件下再生，为复杂生物基质中内毒素的快速检测提供了有前景的选择。
英文摘要
Lipopolysaccharide (LPS) often referred to endotoxin is an undesirable impurity frequently entrained with various recombinant protein therapeutics and plasmid DNA (pDNA) vaccines of bacterial origin. The inherent toxicities (e.g. fever, hypotension, shock and death) of LPS render its early and sensitive detection essential for several biological assays and/or parenteral administrations of biotherapeutics. In this study, an electrochemical biosensor using an LPS specific single stranded DNA (ssDNA) aptamer as a probe was developed. Amine-terminated aptamer exhibiting high affinity (K(d)=11.9 nM) to LPS was immobilized on a gold electrode using 3-mercaptopropionic acid (MPA) as a linker. Each step of the modification process was characterized by cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impendence spectroscopy (EIS). A good linear relationship of the changes in the charge-transfer resistance (ΔR(et)) and the logarithmic value of LPS concentration was demonstrated in a broad dynamic detection range of 0.001-1 ng/ml. Furthermore, the aptasensor showed a high selectivity to LPS despite the presence of pDNA, RNA and bovine serum albumin (BSA) and could be regenerated in low pH condition, offering a promising option for detecting LPS often present in a complex milieu.