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
人免疫缺陷病毒DNA（HIV DNA，HIV-1 U5 LTR序列）；样品基质：HeLa细胞裂解液、人血清（1:1稀释）
检测原理
传感器以金电极为工作电极，巯基捕获探针CP通过Au-S化学固定于表面。HIV-1 U5 LTR靶DNA（TD）一端与CP杂交，另一端与辅助探针AP1的3′端互补片段杂交；AP1与AP2之间通过互补片段级联杂交，自组装成微米级一维DNA纳米结构并被锚定到电极。DNA骨架带负电，可静电结合大量氧化还原指示剂RuHex（[Ru(NH3)6]3+）。在DPV中，RuHex发生还原反应，峰电流与电极表面RuHex数量成正比。靶DNA浓度越高，连接并锚定的DNA纳米结构越多，负载的RuHex越多，还原峰电流越大，因此信号随靶DNA浓度增加而增强。
检测灵敏度
LOD: 2 aM（缓冲液直接测量）；LOD: 5 aM（细胞裂解液/人血清）；线性范围: 2 aM–10 pM（对数线性）；R^2 = 0.9972
效应效果
该传感器在缓冲液中直接检测限为2 aM，在1:1稀释的HeLa细胞裂解液和人血清中检测限为5 aM，约相当于6 μL样品中30 yoctomoles或18个寡核苷酸拷贝。选择性方面，10 pM完全互补靶DNA与1 nM单碱基错配、双碱基错配及非互补序列相比，对TD与1MT可实现4:1区分，表明其能识别单碱基错配。复杂生物基质中信号略有下降、空白略升高，但仍保持良好检测能力。作者认为其灵敏度与PCR相当，且无需酶、标记物和复杂仪器，具有低成本、便携和临床DNA诊断应用潜力。文中未报告稳定性、重现性RSD和加标回收率。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode，2 mm），经piranha溶液、氧化铝抛光和电化学清洗，作为工作电极。
- 识别元件：巯基修饰捕获探针（CP，CAGTGTGGAAAATCTCTAGC-(CH2)6-SH），通过Au-S化学固定于金表面，捕获HIV-1 U5 LTR靶DNA。
- 封闭剂：6-巯基-1-己醇（MCH，2 mM），封闭金表面并减少非特异性DNA吸附。
- 信号放大修饰层：辅助探针AP1和AP2（各1 μM），级联杂交自组装成微米级一维DNA纳米结构，经靶DNA与CP杂交后锚定电极。
- 信号标记物：六氨合钌(III)氯化物（[Ru(NH3)6]3+，RuHex，5 μM），通过静电作用结合DNA磷酸骨架，作为氧化还原指示剂。
- 检测介质/读出：5 μM RuHex溶于10 mM Tris-HCl（pH 7.4），三电极体系（Ag/AgCl参比、Pt对电极）进行DPV。
中文摘要
本文报道了一种基于长程自组装DNA纳米结构的无酶、无标记超灵敏电化学DNA生物传感器，用于复杂生物样品中人免疫缺陷病毒（HIV）DNA的检测。作者设计了两种辅助探针AP1和AP2，二者通过级联杂交可自组装形成微米级一维DNA纳米结构。当存在靶DNA时，每个靶DNA分子可作为触发器，将其一端与电极表面捕获探针杂交，另一端通过AP1连接自组装DNA纳米结构。随后，大量氧化还原指示剂六氨合钌(III)（[Ru(NH3)6]3+，RuHex）通过静电作用结合到带负电的DNA磷酸骨架上，从而在差分脉冲伏安法中产生显著放大的还原峰电流。该传感器在复杂生物样品中可实现5 aM的HIV DNA检测限，具有简单和超灵敏的特点。
英文摘要
Biosensors based on nanomaterials have been used for detection of various biological molecules with high sensitivity and selectivity. Herein, we developed a simple and ultrasensitive electrochemical DNA biosensor using long-range self-assembled DNA nanostructures as carriers for signal amplification, which can achieve an impressive detection limit of 5 aM human immunodeficiency virus (HIV) DNA even in complex biological samples. In this study, we designed two auxiliary probes. A cascade of hybridization events between the two auxiliary probes can lead to long-range self-assembly and form micrometer-long one-dimensional DNA nanostructures. In the presence of target DNA, each copy of the target can act as a trigger to connect a DNA nanostructure to a capture probe on the electrode surface. Then, a great amount of redox indicator [Ru(NH(3))(6)](3+) can be electrostatically bound to the DNA nanostructures and eventually result in significantly amplified electrochemical signals.