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
目标 DNA（target DNA，包括 Bacillus anthracis pag 基因 cDNA、uropathogenic E. coli Eco3a、Enterobacter cloacae Enterbact3a）；样品基质为缓冲盐溶液（buffered saline）
检测原理
该传感器基于 DNA 发夹探针的构象开关和银纳米颗粒金属增强荧光（MEF）。无目标 DNA 时，表面固定的发夹探针折叠，3′ 端 TMR 荧光基团靠近 Ag 表面，荧光被能量转移猝灭。当互补目标 DNA 流入微流控通道并与探针杂交时，发夹展开，TMR 远离猝灭表面并进入 Ag NPs 附近的荧光增强区，荧光强度上升。微流控连续流动通过对流快速输送目标 DNA，缩短扩散限制时间；Ag NPs 提供等离子体增强，放大荧光信号。目标浓度越高，杂交探针比例越高，荧光增强越大，直至探针饱和，因此可实现实时定量和多重检测。
检测灵敏度
LOD: 500 pM
效应效果
装置在 0.5 μL/min 流速下 6 min 即可产生显著信号，仅消耗 3 μL 样品；未优化 LOD 为 500 pM。微流控通道可承受 30 μL/min 流速 30 min 而无泄漏，显示良好密封性。多重检测中，500 nM Enterbact3a 目标使对应探针荧光变化约 2232，而 Eco3a 探针约 390，约 6 倍差异，5 min 内可与阴性区分；Eco3a 存在轻微非特异响应，可通过更严格杂交条件降低。数据以 N=3 的均值±标准差表示，片间差异主要来自点阵打印。作者认为该自标记、低样品消耗、实时多重 DNA 检测平台具有快速病原 DNA 筛查应用潜力。
传感器的构成
- 基底/换能器：显微镜玻璃片（glass slide），经清洗和硅烷化，作为支撑与等离子体增强基底
- 硅烷化层：3-巯基丙基三甲氧基硅烷（MPTS），在玻璃表面形成硫醇自组装层，用于共价连接银纳米颗粒
- 纳米材料修饰层：银纳米颗粒（Ag NPs），通过 AgNO3/DMF 共价附着于 MPTS 表面，提供金属增强荧光（MEF）
- 识别元件：DNA 发夹探针（DNA hairpin probes），5′ trityl-thiol 端固定于 Ag 表面，3′ 标记 TMR，点阵化实现多重检测
- 共印组分：巯基丙醇（MP），与 DNA 探针共同点样，作为表面间隔组分
- 微流控通道：PDMS（Sylgard 184）微流控通道（2 cm × 1 mm × 50 μm），UV-ozone 处理后与 Ag 基底共价键合，输送目标溶液
- 信号标记物：四甲基罗丹明（TMR）荧光基团，作为自标记荧光信号
- 读出系统：荧光显微镜（Olympus BX-60）配 Hg 灯、531±20 nm 激发滤光片、593±20 nm 发射滤光片、CCD 和 ImageJ，采集荧光强度
中文摘要
本文报道了一种快速、定量、多重、自标记且可实时监测的 DNA 生物传感器。该装置将共价结合在银纳米颗粒（Ag NPs）表面的 DNA 发夹探针点阵化固定在微流控通道内，探针 3′ 端标记四甲基罗丹明（TMR）荧光基团。无目标 DNA 时，发夹探针折叠使 TMR 靠近银表面而被猝灭；互补目标 DNA 杂交后探针展开，TMR 进入金属增强荧光（MEF）区域，荧光增强。装置采用 PDMS 微流控通道与银纳米颗粒玻璃基底共价键合，可在连续流动中实时采集荧光。实验表明，在 0.5 μL/min 流速下，6 min 即可产生显著信号，仅消耗 3 μL 样品；未优化检出限为 500 pM，并可实现多重 DNA 检测。
英文摘要
We describe a rapid, quantitative, multiplex, self-labelled, and real-time DNA biosensor employing Ag nanoparticle-bound DNA hairpin probes immobilized in a microfluidic channel. Capture of complementary target DNAs by the microarrayed DNA hairpin probes results in a positive fluorescence signal via a conformational change of the probe molecules, signalling the presence of target DNAs. The device's capability for quantitative analyses was evaluated and a detection time as low as 6 min (with a target flow rate of 0.5 μl min(-1)) was sufficient to generate significant detection signals. This detection time translates to merely 3 μl of target solution consumption. An unoptimized sensitivity of 500 pM was demonstrated for this device.