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
互补靶 DNA（complementary target DNA, CT-DNA）；选择性对照：单碱基错配 DNA（one-base mismatched DNA, MT-DNA）、非互补 DNA（non-complementary DNA, NT-DNA）；样品基质：10 mM PBS 缓冲液（pH 7.0）中的 DNA 溶液
检测原理
氨基修饰探针 DNA 与 CS2 在碱性硼酸盐缓冲液中反应，原位生成二硫代氨基甲酸盐（DTC）配体，DTC 中两个硫原子与金表面形成双齿锚定，使探针 DNA 稳定固定。当互补靶 DNA 加入后，与探针 DNA 杂交形成双链 DNA，界面负电荷密度增加。一方面，Fe(CN)6^3-/4- 被磷酸骨架排斥，电子转移电阻增大，可用于监测固定和杂交过程；另一方面，Co(phen)3^3+ 主要通过嵌入方式与双链 DNA 结合，杂交后其差分脉冲伏安峰电流随靶 DNA 浓度增加而增大。该传感器无需酶或核酸扩增，依靠 DTC 稳定固定和 Co(phen)3^3+ 对双链 DNA 的选择性结合实现电化学检测。
检测灵敏度
LOD: about 0.1 nM；DPV 响应测试范围: 0.1 nM–100 nM
效应效果
该传感器对互补靶 DNA 具有良好选择性：与非互补 DNA 杂交后 Co(phen)3^3+ 峰电流几乎无变化，单碱基错配 DNA 的 CV 峰电流约 2.5 μA，明显低于互补靶 DNA 的约 3.9 μA；DPV 中单链探针背景约 1.9 μA，互补杂交后信号增加约 2 μA。传感器可通过 80 °C 热水处理 10 min 再生，11 次再生后信号损失约 8%，优于硫醇化探针 DNA 6 次再生损失 15% 的表现；冰箱储存至少 1 个月仍保持较好稳定性。作者认为该方法操作简便、成本低，可用于 PCR 扩增靶 DNA 等实际样品检测，并有望推广至蛋白和酶传感器构建。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金工作电极（Au electrode），经 0.05 μm 氧化铝抛光和超声清洗，作为电子转导基底。
- 识别元件：氨基修饰探针 DNA（amine-modified probe DNA, P-DNA），序列 5′-NH2-ACGCTACTAATAGTATTTTT-3′，用于与靶 DNA 杂交。
- 修饰/锚定层：二硫代氨基甲酸盐（dithiocarbamate, DTC）配体，由 P-DNA 与 CS2 在硼酸盐缓冲液（pH 9）中原位生成，形成 DTC-DNA 并通过双齿硫锚定点固定于 Au 表面。
- 杂交靶物：互补靶 DNA（complementary target DNA, CT-DNA），序列 5′-AAAAATACTATTAGTAGCGT-3′，与 P-DNA 形成双链 DNA。
- 信号指示剂：三(1,10-菲啰啉)钴(III)（Co(phen)3^3+），与双链 DNA 嵌入结合，提供差分脉冲伏安信号。
- 检测介质：PBS 缓冲液（10 mM PBS, pH 7.0；EIS 含 0.1 M KCl 和 1 mM Fe(CN)6^3-/4-），用于杂交和电化学测量。
中文摘要
本文报道了一种在金电极表面固定 DNA 的简单有效策略，并用于构建电化学生物传感器。首先将氨基修饰寡核苷酸与二硫化碳（CS2）反应，原位生成二硫代氨基甲酸盐（DTC）功能化探针 DNA（DTC-DNA），随后通过双齿锚定点直接附着于金表面。利用 Fe(CN)6^3-/4- 作为氧化还原指示剂，通过循环伏安法和电化学阻抗谱表征传感器制备过程：DTC-DNA 固定后，磷酸骨架负电荷排斥氧化还原探针，使峰电流下降、电子转移电阻增大；与互补靶 DNA 杂交后负电荷进一步增加，阻抗继续升高。采用 Co(phen)3^3+ 作为电化学杂交指示剂，其与双链 DNA 的嵌入结合使差分脉冲伏安峰电流显著增加，从而区分互补、单碱基错配和非互补 DNA。所构建的电化学生物传感器对互补靶 DNA 的检出限约为 0.1 nM，且操作简便、耗时短、成本低，具有较好的重现性和稳定性。
英文摘要
In this article, a simple and effective strategy for DNA immobilization on gold electrode surface is developed. The amine-modified oligonucleotide was firstly reacted with CS(2) and then in situ generated dithiocarbamate group functionalized probe DNA (DTC-DNA) was directly attached onto the gold surface by bidentate anchoring points. The DNA biosensor fabrication process was characterized by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy with the use of Fe(CN)(6)(3-/4-) as a redox indicator. The hybridization of DTC-DNA with complementary target DNA could be well distinguished with the use of Co(phen)(3)(3+) as an electrochemical indicator. The fabricated electrochemical DNA biosensor could achieve a detection limit of about 0.1nM toward complementary target DNA. Also, the current strategy is readily operated with less time consumed and lower cost compared with those commonly used strategies.