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
目标DNA序列（target DNA，生物素标记寡核苷酸）；样品基质：杂交缓冲液（tris-HCl/EDTA/NaCl/MgCl2）
检测原理
固定于ERGO表面的ssDNA-AuNP探针与生物素标记目标DNA杂交，随后SA-HRP-CNS通过生物素-链霉亲和素作用结合到界面。HRP催化邻苯二胺（OPD）与H2O2反应生成2,2′-二氨基偶氮苯（DAB），DAB在电极表面发生还原，DPV在约-0.564 V记录峰电流。ERGO与AuNP构成导电异质纳米结构，降低电子转移电阻并加速电子传递；CNS作为载体负载多个HRP/SA，使单个杂交事件关联多次酶催化反应，形成界面导电、纳米载体和酶催化三重信号放大。目标DNA浓度越高，界面HRP-CNS越多，DAB生成量越大，DPV峰电流越大。
检测灵敏度
LOD: 5 aM；线性范围: 1 × 10−17 M–1 × 10−13 M
效应效果
该传感器对完全互补目标DNA具有良好选择性：在0.01 pM浓度下，完全互补序列信号分别为单碱基错配序列的3.4倍和三碱基错配序列的6.6倍，可用于单核苷酸多态性分析。与仅用SA-HRP示踪相比，SA-HRP-CNS在0.1 fM目标下信号提高3.6倍，且比无目标背景高6.8倍，说明碳球载体显著降低非特异吸附并放大信号。方法检出限达5 aM，线性范围覆盖1×10−17 M至1×10−13 M，低于多种酶促电化学DNA传感器，并与分子生物学及纳米颗粒放大策略相当。作者认为其简单可靠，适用于生物分析和临床生物医学检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻碳电极（GCE），提供电化学换能基础
- 纳米材料修饰层：氧化石墨烯（GO）涂覆后电化学还原为电化学还原氧化石墨烯（ERGO），提供导电通道和π-π堆积平台
- 锚定层：巯基标记d(GT)29SH，通过π-π堆积与ERGO结合，并通过Au-S键锚定ssDNA-AuNP
- 识别元件：探针标记金纳米颗粒（ssDNA-AuNP），探针DNA与目标DNA杂交，AuNP提供导电和负载位点
- 封闭剂：鲑鱼DNA（salmon DNA，1 mg/mL），减少非特异性吸附
- 信号标记/放大元件：链霉亲和素-辣根过氧化物酶功能化碳球（SA-HRP-CNS），通过生物素-链霉亲和素结合目标，HRP催化底物产生电化学信号
- 底物/电子供体：邻苯二胺（OPD）和过氧化氢（H2O2），HRP催化生成2,2′-二氨基偶氮苯（DAB）用于DPV检测
中文摘要
本研究构建了一种超灵敏电化学生物传感器，用于DNA检测。将探针标记金纳米颗粒（ssDNA-AuNP）组装在电化学还原氧化石墨烯（ERGO）修饰电极上，利用巯基标记的d(GT)29SH通过π-π堆积作用锚定ssDNA-AuNP，并偶联辣根过氧化物酶（HRP）功能化碳球（CNS）作为示踪剂。传感器表面的异质纳米结构具有较好导电性，可加速电子转移；HRP标记的CNS为电化学检测提供双重信号放大。该三重信号放大策略使DNA检测达到阿托摩尔水平（5 aM），线性范围为5个数量级（1×10−17 M至1×10−13 M），并能高选择地区分单碱基错配和三碱基错配DNA序列。该方法简单可靠，具有生物分析和医学应用前景。
英文摘要
An ultrasensitive electrochemical DNA biosensor was constructed by assembling probe labeled gold nanoparticles (ssDNA-AuNP) on electrochemically reduced graphene oxide (ERGO) modified electrode with thiol group tagged (GT) DNA strand (d(GT)(29)SH) and coupling with horseradish peroxidase (HRP) functionalized carbon sphere (CNS) as tracer. The heteronanostructure formed on the biosensor surface appeared relatively good conductor for accelerating the electron transfer, while the HRP tagged CNS provided dual signal amplification for electrochemical biosensing. The triplex signal amplification strategy produced an ultrasensitive electrochemical detection of DNA down to attomolar level (5 aM) with a linear range of 5 orders of magnitude (from 1 × 10(-17)M to 1 × 10(-13)M), and appeared high selectivity to differentiate single-base mismatched and three-base mismatched sequences of DNA. The proposed approach provided a simple and reliable method for DNA detection with high sensitivity and specificity, indicating promising application in bioanalysis and biomedicine.