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
bcr–abl 融合基因靶 DNA（bcr–abl target DNA/cDNA）；样品基质：临床患者血液提取 RNA 逆转录 cDNA（TE buffer 稀释）及 PBS 标准溶液
检测原理
该传感器以 ITO 为工作电极，OTS 疏水化后通过 LB 法沉积 TOPO 包覆 CdSe 量子点（QCdSe）与硬脂酸（SA）形成的有序纳米图案化膜。硫醇终止的 CML 特异性探针 pDNA 利用 Cd–硫醇亲和作用置换表面 TOPO，共价固定于 QCdSe 表面；SA 作为间隔分子控制量子点间距，降低探针间空间位阻。单链 pDNA 暴露碱基可与亚甲基蓝（MB）结合并发生氧化还原反应，在差分脉冲伏安法（DPV）中产生较高 MB 还原峰电流。加入互补 bcr–abl 靶 DNA 后，探针与靶标杂交形成双链，MB 与未配对碱基作用被抑制，峰电流下降；靶 DNA 浓度越高，杂交比例越大，电流越低。单碱基错配序列杂交不完全，电流下降较小；非互补序列基本不杂交，仅因非特异吸附使电流轻微升高。QCdSe 提供较大比表面积并促进电子转移，实现 120 s 快速检测。
检测灵敏度
LOD: 10 fM；检测范围: 10^-6–10^-14 M（120 s）；线性范围: 10^-8–10^-14 M；I = (1.1671×10^-7) - (2.1714×10^-8)[log(target DNA concentration)]；斜率: -2.1714×10^-8 A/log；标准偏差: 7.2859 nA；相关系数: -0.9901
效应效果
该传感器对互补靶 DNA 的 MB 峰电流由 0.45 μA 降至 0.18 μA；非互补序列因非特异吸附使电流轻微升至 0.49 μA，单碱基错配序列降至 0.29 μA，重复实验标准偏差均为 4%，表明可区分单碱基差异。传感器保质期约 2 个月，经 100 °C Tris-EDTA 缓冲液再生后可重复使用约 8 次，8 次循环后仍保留约 85% 初始性能（0.45 μA 降至 0.38 μA）。在 8 份 CML 阳性与阴性临床患者 cDNA 样本中，阴性样本无响应，阳性样本 MB 峰电流显著下降，显示良好临床判别能力。对照实验显示无 QCdSe 时仅能检测至 0.1 pM，比本传感器低约 3 个数量级。作者认为该平台可用于 CML 微小残留病灶监测和即时诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：ITO 玻璃（indium–tin oxide coated glass），作为工作电极与电子换能基底
- 疏水化修饰层：十八烷基三氯硅烷（OTS）处理 ITO，形成疏水表面，便于 LB 膜转移
- 纳米材料修饰层：TOPO 包覆 CdSe 量子点（QCdSe）与硬脂酸（SA）的 LB 多层，形成有序纳米图案化换能表面，SA 作间隔分子
- 识别元件：硫醇终止 CML 特异性寡核苷酸探针（pDNA，22 bases，源自 bcr–abl P210），通过 Cd–硫醇亲和置换 TOPO 共价固定
- 信号标记物：亚甲基蓝（MB，20 μM），作为氧化还原杂交指示剂，与单链探针碱基作用产生 DPV 电流
- 读出体系：差分脉冲伏安法（DPV），三电极体系（ITO 工作电极、Ag/AgCl 参比电极、铂箔对电极），PBS 50 mM pH 7.4 含 0.9% NaCl
中文摘要
本文报道了以三辛基膦氧化物（TOPO）包覆的硒化镉量子点（QCdSe）与硬脂酸（SA）构建 Langmuir–Blodgett（LB）单层，并将其沉积到氧化铟锡（ITO）玻璃基底上，形成纳米图案化电化学传感平台。研究考察了不同亚相条件下 QCdSe-SA 单层在气液界面的铺展、压缩与稳定性，并通过 LB 转移获得有序量子点阵列。随后，利用硫醇终止的 CML 特异性寡核苷酸探针与 CdSe 量子点之间的 Cd–硫醇亲和作用，通过置换表面 TOPO 分子将探针共价固定，构建 pDNA/QCdSe-SA-LB/ITO 生物电极。以亚甲基蓝（MB）为氧化还原杂交指示剂，采用差分脉冲伏安法检测 bcr–abl 融合基因互补靶 DNA。结果表明，该传感器可在 120 s 内检测 10^-6 至 10^-14 M 靶 DNA，检出限为 10 fM，保质期约 2 个月，可重复使用约 8 次，并能区分 CML 阳性与阴性临床患者样本。
英文摘要
We present results of the studies relating to preparation of Langmuir-Blodgett (LB) monolayers of tri-n-octylphosphine oxide-capped cadmium selenide quantum dots (QCdSe) onto indium-tin oxide (ITO) coated glass substrate. The monolayer behavior has been studied at the air-water interface under various subphase conditions. This nanopatterned platform has been explored to fabricate an electrochemical DNA biosensor for detection of chronic myelogenous leukemia (CML) by covalently immobilizing the thiol-terminated oligonucleotide probe sequence via a displacement reaction. The results of electrochemical response studies reveal that this biosensor can detect target DNA in the range of 10(-6) to 10(-14) M within 120 s, has a shelf life of 2 months, and can be used about 8 times. Further, this nucleic acid sensor has been found to distinguish the CML-positive and the control negative clinical patient samples.