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
DNA碱基（鸟嘌呤G、腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C）、单链DNA（ssDNA）、双链DNA（dsDNA）、特定序列寡核苷酸及其SNP（O#1/O#2/O#3）；样品基质为0.1 M PBS（pH 7.0）
检测原理
该传感器采用无标签直接电化学氧化机制。RGNW由垂直取向的石墨烯纳米墙构成，具有大比表面积、锐利边缘和边缘平面缺陷，并经肼还原去除含氧基团，形成高导电sp2碳结构。DNA碱基、ssDNA、dsDNA或寡核苷酸通过疏水作用和π-π堆积吸附在RGNW表面，相当于识别事件；随后在DPV扫描电位下，G、A、T、C分别在特征电位发生不可逆氧化，其中G和A约涉及2个电子，T和C约涉及1个电子。氧化电荷以吸附控制电流形式输出，峰电流随被测物浓度增加而增大，在0.1 fM–0.1 μM范围内呈对数线性。多孔纳米墙结构抑制高浓度污堵，边缘缺陷加速异相电子转移，因此无需酶、探针或标记物即可实现超灵敏检测。
检测灵敏度
LOD: 9.4 ± 5.4 zM（RGNW，dsDNA，估计值）；5.4 ± 3.5 fM（RGNS，dsDNA，估计值）；实测约20 zM（RGNW）；约2.0 pM（RGNS）；线性范围: 0.1 fM–10 mM（RGNW，dsDNA）；2.0 pM–<10 mM（RGNS，dsDNA）；灵敏度斜率: log(ΔI/i0) = (0.316 ± 0.006)log C_DNA(M) + (5.637 ± 0.112)（RGNW，0.1 fM–0.1 μM）；log(ΔI/i0) = (0.433 ± 0.008)log C_DNA(M) + (5.475 ± 0.109)（RGNS，2.0 pM–0.1 μM）
效应效果
RGNW电极对G、A、T、C氧化电流峰高于GONW、RGNS、GONS、玻璃碳和石墨电极，四碱基信号完全分离。100次DPV扫描后信号仅变化约15%，RGNS对0.1 μM dsDNA的T/C信号消失。RGNW在10 mM高浓度无衰减，0.1 fM仍可检测，比RGNS低限提高约4个数量级，理论灵敏度约高6个数量级。20 zM寡核苷酸SNP经20次DPV约50 min可区分G→A和C→T突变，平均T/G峰RSD约15%；5 zM无有效信号。10次独立运行（200次DPV）后峰电流下降约35%，批间标准差约25%（n=6）。作者认为可用于单DNA水平核酸分析，但无法提供完整序列且受共存DNA干扰。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：石墨棒（graphite rod，直径约1 mm），作为工作电极与电子传导基底
- 沉积前驱体：Mg2+-GO悬浮液（Mg(NO3)2与GO质量比1:1），通过电泳沉积（EPD）使GO片垂直取向沉积
- 纳米材料修饰层：氧化石墨烯纳米墙（GONW），花瓣状、锐利边缘、垂直多孔结构，提供大比表面积和边缘缺陷
- 还原处理层：肼（hydrazine）还原GONW得到还原石墨烯纳米墙（RGNW），去除含氧基团并增加缺陷，增强电子转移
- 识别元件：无固定识别元件，DNA碱基/寡核苷酸通过疏水作用和π-π堆积吸附于RGNW表面，直接发生氧化（label-free）
- 信号标记物：无外源标记物，信号来自G、A、T、C碱基自身氧化产生的差分脉冲电流峰
- 支持电解质：0.1 M PBS（pH 7.0），提供离子导电环境
- 三电极体系：RGNW工作电极、Pt丝对电极、Ag/AgCl（饱和KCl）参比电极，用于DPV测量
- 检测读出：Autolab PGSTAT100电位/电流计，差分脉冲伏安法（DPV）读取氧化电流
中文摘要
本研究通过电泳沉积（EPD）将具有极锐利边缘和优先垂直取向的氧化石墨烯纳米墙（GONW）沉积在石墨电极上，沉积介质为Mg2+-GO电解质。经肼还原后得到还原石墨烯纳米墙（RGNW）电极。作者首次利用差分脉冲伏安法（DPV）将RGNW用于超高分辨电化学生物传感器，通过监测单个核苷酸碱基的氧化信号，无标签检测DNA的四种碱基（G、A、T、C）。RGNW电极对四种游离碱基、单链DNA（ssDNA）和双链DNA（dsDNA）的电化学活性显著增强，并与还原石墨烯纳米片（RGNS）、石墨和玻璃碳电极进行了比较。连续100次DPV扫描后，RGNW电极氧化信号仅变化约15%，而RGNS电极对0.1 μM dsDNA的T和C已无可见信号。RGNW电极对dsDNA的线性动态检测范围为0.1 fM至10 mM，RGNS电极为2.0 pM至<10 mM。RGNW和RGNS电极的dsDNA检出限分别估计为9.4 zM（约5个dsDNA/mL）和5.4 fM。RGNW还能无标签检测浓度为20 zM（约10个DNA/mL）的特定序列寡核苷酸单核苷酸多态性（SNP）。因此，RGNW有望推动具有单DNA分辨能力的超灵敏电化学生物传感器发展。
英文摘要
Graphene oxide nanowalls with extremely sharp edges and preferred vertical orientation were deposited on a graphite electrode by using electrophoretic deposition in an Mg(2+)-GO electrolyte. Using differential pulse voltammetry (DPV), reduced graphene nanowalls (RGNWs) were applied for the first time, in developing an ultra-high-resolution electrochemical biosensor for detection of the four bases of DNA (G, A, T, and C) by monitoring the oxidation signals of the individual nucleotide bases. The extremely enhanced electrochemical reactivity of the four free bases of DNA, single-stranded DNA, and double-stranded DNA (dsDNA) at the surface of the RGNW electrode was compared to electrochemical performances of reduced graphene nanosheet (RGNS), graphite, and glassy carbon electrodes. By increasing the number of DPVs up to 100 scans, the RGNW electrode exhibited an excellent stability with only 15% variation in the oxidation signals, while for the RGNS electrode no detectable signals relating to T and C of 0.1 μM dsDNA were observed. The linear dynamic detection range of the RGNW electrode for dsDNA was checked in the wide range of 0.1 fM to 10 mM, while for the RGNS electrode, it was from 2.0 pM to <10 mM. The lower limits of dsDNA detection of the RGNW and RGNS electrodes were estimated as 9.4 zM (∼5 dsDNA/mL) and 5.4 fM, respectively. The RGNWs were efficient in label-free detection of single nucleotide polymorphisms of 20 zM oligonucleotides (∼10 DNA/mL) having a specific sequence. Therefore, the RGNWs can effectively contribute to the development of ultra-high-sensitive electrochemical biosensors with single-DNA resolutions.