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
互补靶DNA（complementary target DNA）、单碱基错配DNA（1-base mismatched DNA）、三碱基错配DNA（3-base mismatched DNA）；样品基质：缓冲溶液/样品溶液（1 mL）
检测原理
该传感器为无标记电化学阻抗检测平台。巯基修饰ssDNA探针通过Au-S键自组装在SWCNT-Au表面，形成带负电的DNA膜，阻碍K3[Fe(CN)6]氧化还原探针在电极界面的电子转移，使电荷转移电阻Rct增大。当互补靶DNA加入后，与探针杂交形成双链DNA（dsDNA），dsDNA骨架增强与氧化还原探针的静电相互作用并可能引入嵌入效应，进一步阻碍电子转移，Rct随靶DNA浓度增加而增大。错配DNA形成的dsDNA结构无序，氧化还原探针可更深渗透，Rct降低。EIS在0.17 V、5 mV、100 mHz–10 kHz下测量，低浓度区ΔRct与DNA分子数线性，宽浓度区ΔRct与浓度对数线性。
检测灵敏度
LOD: 10 zmol（10-base complementary DNA，相当于1 mL中6个DNA分子）；LOD: 100 amol（1-base mismatched DNA）；LOEDC: 1.0 × 10−21 M（10-base complementary DNA）；21-base preliminary LOEDC: 1.0 × 10−18 M；低浓度线性: ΔRct = 0.34 NM-DNA + 15.3，R = 0.98；宽范围线性: ΔRct = 3.67 log[M-DNA] + 142.3，R = 0.985；1-base mismatched线性范围: 0.1 pM–100 nM，ΔRct = 4.58 log[target-DNA] + 63.04，R = 0.998
效应效果
该传感器对互补DNA、1碱基错配DNA和3碱基错配DNA表现出明显选择性：在0.1 pM（相当于1 mL中100 amol）浓度下，互补靶DNA引起显著ΔRct，1碱基错配响应明显降低，3碱基错配响应接近未杂交电极。传感器可经热水解杂交再生，重复测量1.0 × 10−20 M互补DNA时，每次再生后Rct仅轻微增加（<1%），ΔRct变化更小。作者认为水平SWCNT阵列与Au NPs具有协同作用，相比随机SWCNT矩阵或单独使用SWCNT/Au NPs可显著提高灵敏度，适用于早期疾病诊断等低浓度DNA检测场景。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：SiO2/Si晶圆上制备的水平排列单壁碳纳米管阵列（SWCNT array），每根SWCNT作为独立微电极
- 纳米材料修饰层：在SWCNT表面电化学沉积金纳米颗粒（Au NPs），形成SWCNT-Au电极，提高表面积与导电性
- 识别元件：5′-SH-(CH2)6-CCCCATCCCC-3′巯基修饰单链DNA探针（ssDNA），自组装于Au NPs表面
- 被测物：互补靶DNA（target DNA，5′-GGGGATGGGG-3′）及错配DNA
- 信号标记物：K3[Fe(CN)6]氧化还原探针（Fe(CN)6^3-/4-），用于电化学阻抗谱电子转移
- 检测介质/仪器：5.0 mM K3[Fe(CN)6]与0.10 M KCl电解液，Autolab PGSTAT30电化学工作站进行EIS读出
中文摘要
本文报道了一种基于在水平排列单壁碳纳米管（SWCNT）阵列上电化学生长金纳米颗粒（Au NPs）的新型超灵敏DNA检测平台。所制备的DNA功能化SWCNT-Au平台中，每根镀金SWCNT可作为一个独立微电极，能够检测低于10 zmol的10碱基互补DNA，相当于1 mL样品溶液中仅含6个DNA分子。对于1碱基错配DNA，实验检出限为100 amol。在低浓度范围内，电荷转移电阻变化与靶DNA浓度呈线性关系；在更宽的浓度范围内，电荷转移电阻变化与靶DNA浓度的对数呈线性关系。该传感器还表现出良好的稳定性，并可通过热水解杂交方便再生。灵敏度显著提高表明，将Au NPs与原位制备的SWCNT阵列相结合，是实现超灵敏生物传感器的有前景平台。
英文摘要
A new platform based on electrochemical growth of Au nanoparticles on horizontally aligned single walled carbon nanotube (SWCNT) array was developed for ultrasensitive DNA detection. The as-prepared DNA-functionalized SWCNT-Au platform, in which every gold-coated SWCNT acts as an isolated micro electrode, could detect lower than 10 zmol complimentary 10-base DNA, which corresponded to having 6 DNA molecules in a 1 mL sample solution. For a 1-base mismatched DNA, the experimental detection limit was 100 amol. A linear relationship between the change of charge transfer resistance and target DNA concentration was achieved at low concentration range. Over the extended DNA concentration range, the change of charge transfer resistance was found to have a linear relationship with respect to the logarithm of the target DNA concentration. The sensor also showed great stability and could be conveniently regenerated via dehybridization in hot water. The significant improvement in sensitivity illustrates that combining Au nanoparticles with the on-site fabricated SWCNT array represents a promising platform for achieving ultrasensitive biosensor.