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
互补单链DNA（complementary ssDNA，S2；HBV序列）；样品基质：20 mM Tris-HCl缓冲液（pH 7.0）和0.1 M PBS（pH 6.5）
检测原理
该传感器以Au电极为换能器，MPTMS通过巯基在金表面自组装，GPTMS经硅醇共缩合交联形成含环氧基的溶胶-凝胶膜；氨基标记探针ssDNA（S1）通过环氧/胺偶联共价固定。当互补靶标ssDNA（S2）与S1杂交形成双链DNA（dsDNA）时，电极界面结构改变，使三(1,10-菲啰啉)钴(III) [Co(phen)3]3+ 可嵌入dsDNA。嵌入的[Co(phen)3]3+在PBS中发生可逆氧化还原，DPV/CV峰电流随dsDNA量增加而增大，从而随S2浓度升高而增大。EIS中，溶胶-凝胶和DNA使电子转移电阻Ret升高，Co嵌入后Ret下降。错配序列S3不能形成稳定dsDNA，信号无显著变化。
检测灵敏度
LOD: 8.57 × 10−10 M；线性范围: 2.51 × 10−9–5.02 × 10−7 M；灵敏度斜率: 3.968 A/M；R^2 = 0.9985
效应效果
该传感器对互补ssDNA（S2）响应显著，而与错配ssDNA（S3）杂交后DPV信号无变化，显示良好序列选择性。EIS显示各修饰步骤界面阻抗变化符合预期，Co嵌入后Ret由5058 Ω降至1901 Ω，证实dsDNA形成与指示剂嵌入。传感器可再生：经95 ℃热水5 min和冰浴快速冷却后，连续12次杂交-再生循环仍保留91%初始电流响应。作者指出，与既往HBV DNA检测工作相比，该共价固定策略线性范围更宽、检出限更低，具有用于DNA分析和连续监测的应用潜力。
传感器的构成
- 基底电极：金电极（Au），经抛光、piranha溶液和电化学清洗，作为电化学换能器。
- MPTMS自组装层：3-巯基丙基三甲氧基硅氧烷（MPTMS），巯基与Au形成S-Au作用，实现溶胶-凝胶自组装。
- GPTMS交联层：3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅氧烷（GPTMS），经硅醇共缩合交联进入MPTMS溶胶-凝胶，提供环氧基。
- 识别元件：氨基标记探针ssDNA（NH2-ssDNA，S1），通过环氧/胺偶联共价固定于GPTMS环氧基。
- 杂交层：互补ssDNA（S2）与S1杂交形成dsDNA；错配ssDNA（S3）用于选择性验证。
- 信号标记物：[Co(phen)3]3+（三(1,10-菲啰啉)钴(III)），嵌入dsDNA并产生DPV/CV信号。
中文摘要
开发了一种基于共价固定靶标单链DNA（ssDNA）于金电极的DNA电化学传感器制备方法，金电极通过溶胶-凝胶与自组装技术直接偶联进行功能化。以3-巯基丙基三甲氧基硅氧烷（MPTMS）和3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅氧烷（GPTMS）为前驱体，在金电极上制备功能性自组装溶胶-凝胶膜。MPTMS的巯基使其溶胶-凝胶通过硫-金相互作用在金表面自组装；硅醇共缩合使含环氧基的GPTMS溶胶-凝胶交联进入MPTMS溶胶-凝胶，并通过环氧/胺偶联反应共价固定靶标NH2-ssDNA。MPTMS和GPTMS浓度因竞争性溶胶-凝胶过程影响传感器性能。所制传感器对互补ssDNA的线性范围为2.51×10−9至5.02×10−7 M，检出限8.57×10−10 M，具有良好选择性和可再生性。该共价固定策略可作为DNA固定和传感器构建的通用平台。
英文摘要
A new procedure for fabricating deoxyribonucleic acid (DNA) electrochemical biosensor was developed based on covalent immobilization of target single-stranded DNA (ssDNA) on Au electrode that had been functionalized by direct coupling of sol-gel and self-assembled technologies. Two siloxanes, 3-mercaptopropyltrimethoxysiloxane (MPTMS) and 3-glycidoxypropyltrimethoxysiloxane (GPTMS) were used as precursors to prepare functionally self-assembly sol-gel film on Au electrode. The thiol group of MPTMS allowed assembly of MPTMS sol-gel on gold electrode surface. Through co-condensation between silanols, GPTMS sol-gel with epoxide groups interconnected into MPTMS sol-gel and enabled covalent immobilization of target NH(2)-ssDNA through epoxide/amine coupling reaction. The concentration of MPTMS and GPTMS influenced the performance of the resulting biosensor due to competitive sol-gel process. The linear range of the developed biosensor for determination of complementary ssDNA was from 2.51 x 10(-9) to 5.02 x 10(-7)M with a detection limit of 8.57 x 10(-10)M. The fabricated biosensor possessed good selectivity and could be regenerated. The covalent immobilization of target ssDNA on self-assembled sol-gel matrix could serve as a versatile platform for DNA immobilization and fabrication of biosensors.