组成图示
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传感器类型
电化学发光(ECL)生物传感器
检测对象
目标DNA（target DNA, S2）；样品基质：Tris-HCl缓冲液、1:10稀释人血清
检测原理
捕获DNA（S1）经巯基自组装固定于纳米多孔金（NPG）电极表面，目标DNA（S2）与S1杂交后，负载PdCu@碳纳米晶（CNCs）复合标签的报告DNA（S3）再与S2杂交，使ECL标签富集于电极界面。在含K2S2O8/KCl的Tris-HCl缓冲液中，NPG电极施加负电位，S2O8^2-被电还原生成SO4•−，与CNCs发生电子转移湮灭形成激发态CNCs并发出ECL。NPG的高比表面积和导电性增强固定与电子传递，PdCu@CNCs通过高负载CNCs和双金属电催化/导电空心结构实现双重放大，使ECL强度随目标DNA浓度对数增加。
检测灵敏度
LOD: 18 aM；线性范围: 5.0×10^-17–8.0×10^-12 M（0.05–8000 fM）；灵敏度斜率: 3116.4（IECL = 5065.3 + 3116.4 log cDNA）；相关系数: 0.9982
效应效果
该传感器对完全匹配DNA选择性高，目标/单碱基错配/非互补信号比在1.0×10^-15、1.0×10^-14、1.0×10^-13 M分别为100:18:4、100:20:5、100:26:6。11次重复RSD为3.8%、2.5%、2.7%（0.1、5.0、50 fM）；批内/批间CV为6.2%、7.3%。4℃保存2个月后信号保持约92%，90℃再生后恢复89.7%和91%。1:10人血清中10 fM目标DNA信号与缓冲液相当，单错配无显著信号。LOD低于已报道500 aM–60 nM，线性范围扩展3个数量级，适合基因诊断。
传感器的构成
- 工作电极基底：玻璃碳电极（GCE），直径3 mm，作为导电基底并承载NPG膜
- 纳米多孔修饰层：纳米多孔金（NPG）膜，由Ag-Au合金选择性溶银制备，提供高比表面积和三维孔道以增强DNA固定与电子传递
- 识别元件：捕获DNA（S1，5'-SH-(CH2)6-TCGTACGATCGATCC-3'），通过巯基自组装固定于NPG表面，用于特异性结合目标DNA
- 封闭剂：6-巯基-1-己醇（MCH），处理DNA修饰电极以形成有序单分子层并封闭非特异吸附位点
- 识别元件：报告DNA（S3，5'-TATCGTGTGAGCGGCTTTTTTTT-(CH2)6-SH-3'），与目标DNA杂交并携带ECL标签
- 信号标记物：PdCu@碳纳米晶（CNCs）复合材料，PdCu双金属纳米管介孔空心结构负载CNCs，作为ECL标签
- 连接/偶联层：半胱胺（cysteamine）通过-SH结合PdCu表面，其-NH2经EDC-NHS偶联CNCs表面-COOH，实现CNCs共价负载
- ECL共反应物：过硫酸钾（K2S2O8）和氯化钾（KCl）在10 mM Tris-HCl（pH 7.4）中提供SO4•−，与CNCs发生电子转移湮灭产生ECL
- 信号读出：流动注射发光分析仪（IFFM-E）配合光电倍增管（PMT，800 V），在-0.8至-1.8 V、100 mV s-1下采集ECL信号
中文摘要
本文报道了一种基于纳米多孔金（NPG）电极和PdCu@碳纳米晶（CNCs）复合标签的高灵敏电化学发光（ECL）DNA生物传感器。CNCs通过石墨电氧化简便制备，表面富含羧基；NPG由银-金合金在硝酸中选择性溶银获得，具有可控三维孔道和自由支撑贵金属膜结构。以去合金化纳米多孔铜（NPC）为模板和还原剂，通过简单置换反应制备具有分级空心结构的PdCu双金属纳米复合材料，并经TEM和SEM表征。PdCu@CNCs复合标签的ECL强度为纯CNC标记报告DNA的6倍。利用该探针的双重放大效应，传感器检出限低至18 aM，并能在人血清中实现对单碱基错配DNA的高选择性检测。该方法简便、低成本、高灵敏，有望用于遗传疾病的诊断。
英文摘要
A sensitive electrochemiluminescence (ECL) DNA biosensor based on nanoporous gold (NPG) electrode and PdCu@carbon nanocrystals (CNCs) composites is developed. The CNCs were obtained simply by electrooxidation with abundant carboxyl groups at their surfaces. The NPG can be easily prepared by a selective dissolution of silver from silver-gold alloy in nitric acid, which has free-standing noble metal membranes with controllable three-dimensional (3D) porosity. The PdCu bimetallic nanocomposites with hierarchically hollow structures were fabricated through a simple replacement reaction using dealloyed nanoporous copper (NPC) as both a template and reducing agent. Structure characterization was obtained by means of transmission electron microscope (TEM) and scanning electron microscope (SEM) images. The PdCu@CNCs composites exhibit 6 times higher ECL intensity than the pure CNC-labeled reporter DNA. Taking advantage of dual-amplification effects of the developed probe, a limit of detection as low as 18 aM can be achieved and the assay exhibits excellent selectivity for single-mismatched DNA detection even in human serum. The proposed ECL based method should have wide applications in diagnosis of genetic diseases due to its simplicity, low cost, and high sensitivity at extremely low concentrations.