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
外泌体 microRNA（exosomal microRNAs, miRNAs；miR-143、miR-146a）；样品基质：HEK293 细胞无血清培养上清/外泌体，经 RT-PCR 后检测 cDNA
检测原理
外泌体中的 miRNA 先经茎环引物逆转录和 PCR 扩增为保留原始序列的 cDNA。微电极表面由 5'-巯基己基 DNA 探针与磺基甜菜碱-3-十一烷硫醇（SB）形成混合自组装单层，SB 提供抗污水化壳。目标 cDNA 与探针 DNA 杂交后，核酸负电荷进入电极/溶液界面，改变表面电位。在 1.5 mM DPBS（pH 7.4）中，Debye 长度约 8.1 nm，与 24-mer 双链 DNA 长度相当，使电荷变化可被电位计检测。电位偏移随目标 cDNA 浓度增加而增大，实现无标记、无光学的电学读出。
检测灵敏度
可区分目标浓度: 420 pM；动态范围: 两个数量级；线性范围: 2-200 pM；灵敏度: 6.5 mV per decade；R^2 = 0.99
效应效果
该方法对完全匹配的目标 cDNA 产生显著电位变化，错配序列未产生信号，显示良好选择性。磺基甜菜碱（SB）自组装单层比 6-巯基-1-己醇（MCH）更有效地抑制非特异吸附，提高信噪比。杂交动力学约 20 min 达到平台，满足快速监测需求。在 0.02-0.04 chains nm^-2 探针密度范围内，杂交效率接近 100%，电位变化与杂交 cDNA 量定量相关。系统无需光学辅助和分子标记，微电极阵列可并行检测，作者认为其有望用于循环 miRNA 的非侵入性检测和早期癌症诊断。
传感器的构成
- 换能器/基底：微电极阵列（MEA），半导体基电位法换能器，用于界面电位读出
- 修饰层：5'-SH-(CH2)6-DNA 与磺基甜菜碱-3-十一烷硫醇（SB）混合自组装单层（SAM），构建纳米级功能化界面
- 识别元件：5'-SH-(CH2)6-DNA 探针 DNA，固定于电极表面，与目标 cDNA 杂交
- 封闭/抗污层：SB（sulfobetaine-3-undecanethiol），形成水化壳，降低非特异吸附
- 信号标记物：无标记，目标 cDNA 自身负电荷作为电位信号来源
- 缓冲介质：1.5 mM Dulbecco’s PBS（DPBS，pH 7.4），降低离子屏蔽，Debye 长度约 8.1 nm
- 信号读出：电位计（electrometer），实时监测杂交引起的界面电位变化
中文摘要
本文报道了一种基于微电极阵列和半导体基电位法的无标记电检测方法，用于检测外泌体中封装的 microRNA。首先从遗传改造的 HEK293 细胞无血清培养上清中收集外泌体，经 RT-PCR 将 miR-143 或 miR-146a 扩增为 cDNA。微电极表面通过 5'-巯基己基 DNA 探针与磺基甜菜碱-3-十一烷硫醇（SB）混合自组装单层进行功能化，SB 形成抗污水化层以降低非特异吸附。目标 cDNA 与探针 DNA 杂交后，其固有负电荷改变电极/溶液界面电位，电位计可实时监测。该方法无需荧光或分子标记，具有微型化、并行化和快速监测潜力，可用于循环 miRNA 非侵入性生物标志物分析。
英文摘要
We report a method for detecting microRNAs encapsulated in exosomes using a microelectrode array in semiconductor-based potentiometry after RT-PCR. The inherent miniaturization of the electrical biosensor meets requirements for massively parallel analysis of circulating microRNA as a noninvasive biomarker.