组成图示
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传感器类型
比色生物传感器
检测对象
目标 DNA T5（5′-TGGTTACTGCCTCTG-3′）、目标 DNA T7（5′-ATCTACGGCACCAGG-3′）；特异性对照含 M1T5、M2T5；样品基质：Tris–HCl/NaCl 缓冲液水相液滴
检测原理
该传感器利用 GO 对 ssDNA 和 dsDNA 亲和性差异实现荧光猝灭/恢复。FAM 和 ROX 标记的 ssDNA 探针 P5、P7 与 GO 混合后，ssDNA 通过碱基与 GO 富 π 表面之间的 π–π 作用吸附，FAM/ROX 荧光经长程能量转移被猝灭，液滴呈暗色。加入目标 DNA T5/T7 后，探针与目标特异性杂交形成 dsDNA；GO 对 dsDNA 亲和较弱，探针从 GO 表面释放，染料远离 GO，FAM/ROX 荧光恢复，液滴由暗变亮并呈现橙色。荧光强度随目标 DNA 浓度增加而增强，并与 log CDNA 呈线性关系。两种不同荧光标记探针可分别对应 T5 和 T7，实现多重检测。
检测灵敏度
LOD: 9.46 × 10^-8 M (T7)、9.67 × 10^-8 M (T5)；线性范围: 10^-7–10^-5 M（荧光强度与 log CDNA 线性）；RSD: 10% (T7)、7.1% (T5) @ 5×10^-6 M
效应效果
该平台可在液滴中同时定量检测 T5 和 T7，低至 10^-7 M 的目标 DNA 可通过颜色变化识别。5 次重复测量 5×10^-6 M 时，T7 和 T5 的 RSD 分别为 10% 和 7.1%。特异性方面，完全互补 T5 产生深橙色，单碱基错配 M1T5 和双碱基错配 M2T5 仅产生浅色，表明可区分错配序列，适用于 SNP 分析。作者强调其无需探针固定和长时间孵育，检测时间短，试剂消耗低，并可用普通成像设备完成，具有低成本、可视化和高通量应用潜力。文中未报告实际生物样品加标回收率或与 ELISA/HPLC/qPCR 的对比。
传感器的构成
- 微流控基底：三层 PDMS 芯片（底层玻璃、中间自动气体微阀层、上层流体通道），用于液滴生成、融合、捕获与成像。
- 液滴反应相：pH 5.4 Tris–HCl/NaCl 缓冲液水相液滴，承载 DNA 杂交与 GO 猝灭/恢复反应。
- 纳米材料层：氧化石墨烯（GO，0.8 mg/mL），通过 π–π 作用吸附 ssDNA 探针并长程能量转移猝灭 FAM/ROX 荧光。
- 识别元件：单链 DNA 探针 P5（5′-FAM-CAGAGGCAGTAACCA-3′）和 P7（5′-ROX-CCTGGTGCCGTAGAT-3′），分别与目标 DNA T5/T7 互补杂交。
- 信号标记物：羧基荧光素（FAM）和 6-羧基-X-罗丹明（ROX），标记探针，杂交后荧光恢复产生颜色/荧光信号。
- 被测物输入：目标 DNA 液滴 T5/T7（或错配 DNA），与探针杂交决定荧光恢复程度。
- 信号读出：倒置荧光显微镜（Axio Observer.A1，10×）与 CCD（Spot RT3）采集液滴荧光/颜色，Image-Pro Plus 分析强度。
中文摘要
开发简单、低成本的 DNA 检测策略对液滴微流控系统具有重要意义。本文利用荧光基比色法和石墨烯纳米探针，结合微阀操控的液滴平台，开发了一种用于多重 DNA 分析的液滴生物传感器，并可用普通成像设备完成检测。借助液滴操控技术，可精确实现液滴尺寸调节、液滴融合和液滴捕获。由于氧化石墨烯（GO）具有高猝灭效率，在无目标 DNA 时，含有两条分别标记羧基荧光素（FAM）和 6-羧基-X-罗丹明（ROX）的单链 DNA 探针及 GO 的液滴呈暗色；当探针与特异性目标 DNA 形成双螺旋后，染料远离 GO，液滴由暗变亮。该比色液滴生物传感器可同时定量检测两种不同目标 DNA，检出限分别为 9.46×10^-8 M 和 9.67×10^-8 M。该平台试剂消耗低，有望成为高通量应用的检测工具，并将石墨烯纳米探针与液滴技术结合推动生物传感器发展。
英文摘要
The development of simple and inexpensive DNA detection strategy is very significant for droplet-based microfluidic system. Here, a droplet-based biosensor for multiplexed DNA analysis is developed with a common imaging device by using fluorescence-based colorimetric method and a graphene nanoprobe. With the aid of droplet manipulation technique, droplet size adjustment, droplet fusion and droplet trap are realized accurately and precisely. Due to the high quenching efficiency of graphene oxide (GO), in the absence of target DNAs, the droplet containing two single-stranded DNA probes and GO shows dark color, in which the DNA probes are labeled carboxy fluorescein (FAM) and 6-carboxy-X-rhodamine (ROX), respectively. The droplet changes from dark to bright color when the DNA probes form double helix with the specific target DNAs leading to the dyes far away from GO. This colorimetric droplet biosensor exhibits a quantitative capability for simultaneous detection of two different target DNAs with the detection limits of 9.46 and 9.67×10(-8)M, respectively. It is also demonstrated that this biosensor platform can become a promising detection tool in high throughput applications with low consumption of reagents. Moreover, the incorporation of graphene nanoprobe and droplet technique can drive the biosensor field one more step to some extent.