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
互补目标DNA（complementary target DNA）、单碱基错配DNA（single base mismatches, SBMs，含G–A、G–T、C–A），样品基质：PBS缓冲液寡核苷酸溶液
检测原理
该传感器基于DNA介导电荷转移（DNA-mediated charge transfer, CT）。巯基化捕获DNA固定于NPGE，目标DNA杂交后，氨基探针DNA与目标未杂交区段结合，FCA经EDC/NHS连接在探针顶端。互补双链π堆积完整，FCA氧化电子可经双链传递至电极，DPV氧化峰电流较高；单碱基错配破坏π堆积，电荷转移受阻，FCA氧化电流显著下降。NPGE增大电极表面积，放大电流，使低浓度目标与稳定错配可分辨。目标量增加时，杂交双链增多，FCA氧化电流随之增大。
检测灵敏度
最低可检测量: 25±5 (n=3) pmol；检测范围: 3.5×10−13–4×10−11 mol
效应效果
该传感器选择性良好：非互补目标DNA未杂交，无FCA氧化信号；G–A、G–T和C–A错配目标的DPV峰电流均低于互补目标的30%，即错配导致信号降低约70%。NPGE使电极表面积由0.19±0.01 cm2增至0.69±0.02 cm2，显著放大FCA氧化电流，使互补目标可检测至25±5 pmol。探针表面密度约为5×10−12 molecules/cm2。原文未报告长期稳定性、RSD和实际样品回收率。与文献方法相比，本传感器可区分热力学稳定的G–A和G–T错配，作者认为其适用于基因分型、突变检测和单碱基多态性分析。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金唱片CD-R金层，经阳极氧化与抗坏血酸还原制成纳米孔金电极NPGE，提供高比表面积并放大信号
- 封闭层：6-巯基己醇MCH，封闭未修饰金表面，减少非特异性吸附
- 识别元件（捕获）：巯基化捕获DNA（5′-HS-TCACTGCAAA-3′），通过Au–S键固定于NPGE，识别目标DNA
- 识别元件（探针）：氨基标记探针DNA（5′-CTCATGGTCC-NH2-3′），与目标未杂交区段杂交并暴露氨基
- 信号标记物：二茂铁羧酸FCA，经EDC/NHS与探针氨基共价连接，作为氧化还原报告基团
- 读出层：三电极体系与差分脉冲伏安法DPV，读取FCA氧化峰电流
中文摘要
本文报道了一种基于纳米孔金电极（NPGE）的电化学DNA杂交生物传感器，用于检测单碱基错配（SBMs）。以金唱片CD-R金层为基底，经阳极氧化和抗坏血酸还原制备纳米孔金电极，以提高比表面积并放大电化学信号。巯基化捕获DNA通过Au–S键固定于NPGE表面，6-巯基己醇（MCH）用于封闭非特异性位点。目标DNA与捕获DNA杂交后，氨基标记探针DNA与目标未杂交区段进一步杂交，形成双链结构。二茂铁羧酸（FCA）通过EDC/NHS化学与探针末端氨基共价连接，作为氧化还原报告基团，避免其直接氧化于电极表面。差分脉冲伏安法（DPV）监测FCA氧化峰电流。互补双链中π堆积良好，电荷转移效率高，信号强；单碱基错配破坏π堆积，使FCA氧化电流显著降低，从而区分G–A、G–T等热力学稳定错配。该传感器可将互补目标DNA检测至亚纳摩尔水平。
英文摘要
The application of a nanoporous gold electrode (NPGE) in the fabrication of an electrochemical sensing system for the detection of single base mismatches (SBMs) using ferrocene-modified DNA probe has been investigated in the present manuscript. Ferrocene carboxylic acid is covalently attached to the amino-modified probe using EDC/NHS chemistry. By covalent attachment of the redox reporter molecules on the top of DNA, the direct oxidation of the ferrocene on the electrode surface is avoided. On the other hand, the electrochemical signals are amplified by anodizing the electrode surface and converting it to nanoporous form. By improving the sensitivity of the biosensor, the different SBMs including the thermodynamically stable G-A and G-T mismatches, can be easily distinguished. In this research, NPGE was prepared by anodization and chemical reduction of Au surface and used for signal amplification. Nanoporous electrode enhances the sensitivity of DNA biosensor and makes it capable to detect complementary target DNA in sub-nanomole scales.