组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
DNA（deoxyribonucleic acid）、RNA（ribonucleic acid）、miRNA（microRNA）、SNP（single nucleotide polymorphism）、PCR产物；样品基质包括DNA寡核苷酸、PCR扩增子、细胞RNA、血清/临床样本、病毒DNA。
检测原理
PNA或LNA探针通过巯基、生物素或共价键固定在金、碳、ITO、硅纳米线、QCM或SPR金膜等换能器表面。目标DNA/RNA/miRNA与探针按Watson-Crick规则杂交；PNA中性骨架降低静电排斥，LNA锁定构象提高Tm，使错配双链更易解离。杂交后界面电荷、质量、折射率、导电性或构象发生变化，可被电化学、SPR、QCM、纳米线电导或微阵列读出。部分体系引入MB、Fc、FAM、AuNP、AgNP、poly(A)链或HRP等标记/放大组分，使信号随目标浓度增加而增强。
检测灵敏度
LOD: 1.8×10−12 mol L−1；线性范围: 1×10−11–1×10−8 mol L−1；LOD: 9.4×10−13 mol L−1；线性范围: 1–11×10−12 mol L−1；LOD: 5×10−14 mol L−1；线性范围: 10−14–10−11 mol L−1；LOD: 10−15 mol L−1；线性范围: 1–500×10−15 mol L−1；LOD: 10−18 mol L−1 (5×10−21 moles)；线性范围: 1×10−12–2×10−9 mol L−1
效应效果
综述显示PNA/LNA传感器对单碱基错配具有强区分能力，PNA/DNA错配Tm下降15–20 °C，LNA/DNA错配Tm下降1–8 °C。部分体系可检测真实样本：QCM检测HBV DNA特异性94.44%，与实时PCR对比；PNA微阵列检测HBV耐药突变与测序一致性98.3%；PANArray HPV假阳性/假阴性低于DNA芯片；LNA电化学传感器在血清中检测8.3×10−14 mol L−1目标DNA。作者认为其适用于SNP基因分型、病毒检测和miRNA诊断，但多数仍为概念验证，存在序列限制、成本高、重现性与真实样本灵敏度不足等问题。
传感器的构成
- 基底/换能器：金电极、玻璃碳电极(GCE)、碳糊电极、ITO、硅纳米线(SiNW)、石英晶体微天平(QCM)、SPR金膜、微阵列玻璃/硅/金，承载探针并转换电、光、压电或质量信号。
- 识别元件：PNA、LNA、DNA/RNA探针、适配体，通过碱基配对或分子识别捕获目标核酸或蛋白。
- 修饰/固定层：巯基修饰PNA/LNA自组装单层(SAM)、纳米金(NG)、纳米颗粒、生物素-链霉亲和素，用于固定探针、增强界面或信号放大。
- 信号标记物：亚甲基蓝(MB)、[Co(NH3)6]3+、二茂铁(Fc)、FAM、HRP、金纳米颗粒(AuNP)、银纳米颗粒(AgNP)、聚(A)链，用于电化学、光学、导电或质量信号读出。
- 反应/放大组分：Zr4+、过碘酸、氨性银离子、poly(A)聚合酶，用于导电桥接、银纳米颗粒沉积或酶促/聚合信号放大。
中文摘要
核酸生物传感器在遗传学和生物医学中的应用日益增多。本文系统评述了核酸类似物，尤其是肽核酸（PNA）和锁核酸（LNA）用于开发高性能亲和生物传感器的研究现状。PNA和LNA对天然核酸具有突出亲和力，且含PNA或LNA的杂合双链中碱基错配导致的去稳定化效应显著高于双链DNA或RNA，因此基于PNA和LNA的生物传感器具有前所未有的灵敏度和特异性，尤其适用于DNA基因分型。文章介绍了目前最重要的PNA和LNA生物传感器，讨论其优势与当前局限。部分技术虽具前景，但仍需跨越从实验状态到生物技术或生物医学实际应用之间的差距。
英文摘要
Nucleic acid biosensors have a growing number of applications in genetics and biomedicine. This contribution is a critical review of the current state of the art concerning the use of nucleic acid analogues, in particular peptide nucleic acids (PNA) and locked nucleic acids (LNA), for the development of high-performance affinity biosensors. Both PNA and LNA have outstanding affinity for natural nucleic acids, and the destabilizing effect of base mismatches in PNA- or LNA-containing heterodimers is much higher than in double-stranded DNA or RNA. Therefore, PNA- and LNA-based biosensors have unprecedented sensitivity and specificity, with special applicability in DNA genotyping. Herein, the most relevant PNA- and LNA-based biosensors are presented, and their advantages and their current limitations are discussed. Some of the reviewed technology, while promising, still needs to bridge the gap between experimental status and the harder reality of biotechnological or biomedical applications.