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
microRNA（miRNA，target miRNA），样品基质为 PBS 缓冲液（体外杂交溶液）
检测原理
该传感器以金电极为换能器，表面通过硫醇自组装固定分子信标（MB）探针。目标 miRNA 与 MB 探针杂交后使探针构象打开，随后功能寡核苷酸探针与 MB 探针杂交，将携带寡核苷酸包裹银纳米团簇（Ag-NCs）的功能探针带到电极表面。Ag-NCs 具有金属模拟酶活性，可催化过氧化氢（H2O2）在约 -0.49 V 处还原，产生差分脉冲伏安（DPV）还原电流。目标 miRNA 浓度越高，电极表面结合的 Ag-NCs 越多，H2O2 还原电流越大，从而实现无标记电化学检测。MB 探针的构象开关和碱基配对特异性赋予传感器高选择性。
检测灵敏度
LOD: 67 fM；线性范围: 100 fM–10 nM（5 个数量级）
效应效果
该传感器在 100 pM 浓度下对完全互补目标、单碱基错配序列和三碱基错配序列表现出高选择性：互补目标电流为单碱基错配序列的 3.95 倍，三碱基错配序列响应仅为互补目标的 14%，显示良好碱基分辨能力，可用于单核苷酸多态性分析。其检出限 67 fM 低于文献中金属模拟酶 DNA 检测系统的 10 pM 和 6 pM，也低于银纳米颗粒 DNA 检测系统的 14 nM，并优于电催化纳米颗粒标记 miRNA 检测。方法无需繁琐标记和额外信号放大，作者认为引入信号放大策略可进一步提高灵敏度，适用于基因分析和临床生物医学应用。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode, GE），经抛光和电化学清洗，作为工作电极承载探针并传导电子。
- 固定辅助剂：三(羧乙基)膦（TCEP），与 MB 探针共沉积于金电极，辅助探针固定。
- 识别元件：分子信标探针（MB probe），5'-巯基修饰寡核苷酸，通过硫醇自组装固定于金电极，识别目标 miRNA 并提供选择性。
- 封闭剂：6-巯基-1-己醇（MCH），封闭金电极非特异性位点，减少非特异吸附。
- 目标识别元件：目标 microRNA（target miRNA），与 MB 探针杂交后桥接功能探针。
- 信号标记/放大元件：功能寡核苷酸探针（functional oligonucleotide probe）/寡核苷酸包裹银纳米团簇（Ag-NCs），含识别序列与模板序列，原位合成 Ag-NCs，作为无标记电化学探针。
- 信号底物：过氧化氢（H2O2），在 Ag-NCs 催化下还原产生差分脉冲伏安（DPV）电流。
- 信号读出：电化学分析仪（CHI 660B）配合 Ag/AgCl 参比电极和铂丝对电极，读取 H2O2 还原电流。
中文摘要
本文报道一种简单、灵敏、无标记的 microRNA（miRNA）生物传感方法，采用寡核苷酸包裹银纳米团簇（Ag-NCs）作为有效电化学探针。功能寡核苷酸探针同时包含用于杂交的识别序列和用于原位合成 Ag-NCs 的模板序列，表现出优异的金属模拟酶性质，可催化过氧化氢（H2O2）还原。miRNA 检测采用金电极固定分子信标（MB）探针；MB 探针与目标 miRNA 及功能探针依次杂交后，将寡核苷酸包裹 Ag-NCs 带到电极表面，并在 H2O2 还原过程中产生检测信号。所构建的电化学 miRNA 生物传感器检出限达 67 fM，线性范围跨越 5 个数量级。同时，MB 探针使传感器具有高选择性。基于 Ag-NCs 的方法为高灵敏、高选择性检测 miRNA 提供了新途径，避免了繁琐标记和信号放大。作者认为合理引入信号放大策略可进一步提高灵敏度。据作者所知，这是 Ag-NCs 电催化活性在生物分析中的首次应用，有望用于基因分析和临床生物医学应用。
英文摘要
A simple, sensitive, and label-free method for microRNA (miRNA) biosensing was described using oligonucleotide encapsulated silver nanoclusters (Ag-NCs) as effective electrochemical probes. The functional oligonucleotide probe integrates both recognition sequence for hybridization and template sequence for in situ synthesis of Ag-NCs, which appears to possess exceptional metal mimic enzyme properties for catalyzing H(2)O(2) reduction. The miRNA assay employs gold electrodes to immobilize the molecular beacon (MB) probe. After the MB probe subsequently hybridizes with the target and functional probe, the oligonucleotide encapsulated Ag-NCs are brought to the electrode surface and produce a detection signal, in response to H(2)O(2) reduction. An electrochemical miRNA biosensor down to 67 fM with a linear range of 5 orders of magnitude was obtained. Meanwhile, the MB probe allows the biosensor to detect the target with high selectivity. The Ag-NCs-based approach provides a novel avenue to detect miRNA with high sensitivity and selectivity while avoiding laborious label and signal amplification. It is convinced that rational introduction of signal amplification strategy to the Ag-NCs-based bioanalysis can further improve the sensitivity. To our best knowledge, this is the first application of the electrocatalytic activity of Ag-NCs in bioanalysis, which would be attractive for genetic analysis and clinic biomedical application.