组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
互补寡核苷酸（complementary oligonucleotide, C1）、单碱基错配寡核苷酸（one-base mismatch, C2）、双碱基错配寡核苷酸（two-base mismatch, C3）；样品基质为 0.1 M PBS（pH 7.4）合成 DNA 溶液
检测原理
传感器以共价固定的氨基寡核苷酸探针 P1 为识别元件。当加入互补寡核苷酸 C1 时，P1 与 C1 杂交形成双链 DNA（dsDNA）。随后柔红霉素嵌入 dsDNA 碱基对之间，形成电活性复合物。在 0.1 M PBS（pH 7.4）中用差脉冲伏安法（DPV）扫描，柔红霉素在约 +0.31 V 处发生氧化，产生峰电流。C1 浓度越高，形成的 dsDNA 越多，嵌入的柔红霉素越多，氧化峰电流越大。Th-G 层提供高导电通道，降低界面阻抗并促进电子转移；GA 共价固定提高探针负载和界面稳定性。未杂交时单链 DNA 不能有效嵌入柔红霉素，背景信号低；错配序列杂交效率下降，信号明显减弱。
检测灵敏度
LOD: 1.26 × 10−13 M (S/N = 3)；线性范围: 1.0 × 10−12 to 1.0 × 10−7 M；R^2 = 0.9976；灵敏度斜率: 2.07（I (µA) = 26.71 + 2.07 log C (M)）
效应效果
该传感器对互补序列 C1 响应显著，对单碱基错配 C2 和双碱基错配 C3 的响应明显降低，表明其具有良好序列选择性；无探针或无柔红霉素时非特异性吸附信号很小，抗干扰能力较好。在 1.0×10−8 M C1 条件下，5 个平行制备电极的相对标准偏差（RSD）为 8.3%（n=5），重现性可接受。传感器在 4 ℃、0.1 M PBS 中保存两周，前 5 天响应降至初始值的约 71%，第 5 至 14 天保持稳定。作者指出其性能优于或可与其他纳米材料修饰电极相比，可用于低浓度 DNA 序列、基因突变及病原核酸的超灵敏检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（AuE，直径1.5 mm），经氧化铝抛光、Piranha 溶液和循环伏安活化，作为工作电极
- 自组装连接层：L-半胱氨酸（Cys）自组装于 AuE 表面，提供氨基并促进电子转移
- 交联层：戊二醛（GA）共价连接 Cys 氨基与后续修饰层，形成 GA/Cys/AuE
- 纳米材料修饰层：硫堇-石墨烯纳米复合材料（Th-G）滴涂干燥，石墨烯提供高导电通道，硫堇非共价结合并引入氨基
- 二次交联层：再次戊二醛（GA）处理，连接 Th-G 表面氨基与探针氨基
- 识别元件：氨基取代寡核苷酸探针 P1（5′-(NH2-C6) ATC AAT ATT TAA CAA TAA TCC-3′），通过 GA 共价固定，捕获互补 DNA
- 信号标记物：柔红霉素（daunomycin）作为电活性嵌入剂，嵌入双链 DNA 后产生 DPV 氧化信号
- 支持电解质：0.1 M PBS（pH 7.4，含 0.1 M KCl 和 0.05 M NaCl），提供杂交与电化学检测的离子环境
中文摘要
本文报道了一种基于硫堇-石墨烯纳米复合材料（Th-G）修饰金电极的 DNA 电化学传感器。首先以 L-半胱氨酸（Cys）自组装于金电极表面，并用戊二醛（GA）交联，随后滴涂 Th-G 纳米复合材料，再经 GA 处理后将氨基取代寡核苷酸探针 P1 共价固定于电极表面。石墨烯具有大比表面积和高导电性，硫堇通过 π-π 堆积和电荷转移作用非共价修饰石墨烯，改善其水分散性并引入氨基。杂交反应以差脉冲伏安法（DPV）监测，电活性嵌入剂柔红霉素（daunomycin）嵌入互补杂交形成的双链 DNA 中，其氧化峰电流作为检测信号。在优化条件下，传感器对互补寡核苷酸 C1 在 1.0×10−12 至 1.0×10−7 M 范围内呈良好线性（R^2=0.9976），检出限为 1.26×10−13 M（S/N=3），并能有效区分单碱基和双碱基错配序列，具有用于低浓度 DNA 序列检测的应用潜力。
英文摘要
A novel protocol for development of DNA electrochemical biosensor based on thionine-graphene nanocomposite modified gold electrode was presented. The thionine-graphene nanocomposite layer with highly conductive property was characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. An amino-substituted oligonucleotide probe was covalently grafted onto the surface of the thionine-graphene nanocomposite by the cross-linker glutaraldehyde. The hybridization reaction on the modified electrode was monitored by differential pulse voltammetry analysis using an electroactive intercalator daunomycin as the indicator. Under optimum conditions, the proposed biosensor exhibited high sensitivity and low detection limit for detecting complementary oligonucleotide. The complementary oligonucleotide could be quantified in a wide range of 1.0 × 10(-12) to 1.0 × 10(-7)M with a good linearity (R(2)=0.9976) and a low detection limit of 1.26 × 10(-13)M (S/N=3). In addition, the biosensor was highly selective to discriminate one-base or two-base mismatched sequences.