组成图示
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传感器类型
其他（电导式纳米间隙生物传感器）
检测对象
DNA（脱氧核糖核酸，DNA）、RNA（核糖核酸，RNA）；样品基质：TE缓冲液/醋酸缓冲液等溶液样品（未报告血清、尿液等实际生物基质）
检测原理
识别事件为PNA捕获探针与目标DNA/RNA在纳米间隙内杂交。随后Zr3+通过锆-磷酸/羧酸根化学将果胶结合到杂交DNA上，果胶作为多糖模板提供大量邻二醇。NaIO4在酸性醋酸缓冲液中氧化邻二醇生成醛基，醛基作为还原剂将Ag(NH3)2+还原为Ag0，形成银纳米颗粒；经Ostwald熟化长大并桥接500 nm电极间隙，形成连续银纳米线。该导电桥使电极间电阻下降、电导上升。由于杂交DNA量决定果胶结合量、醛基生成量和银沉积量，电导信号随核酸浓度增加而增大，实现无标记电学放大检测。
检测灵敏度
LOD: 3 fM (S/N > 3)；线性范围: 1.0 fM–10.0 pM；R = 0.99
效应效果
在优化条件下，传感器对cDNA在1.0 fM–10.0 pM范围内呈线性响应，R=0.99，LOD为3 fM（S/N>3）。单碱基错配与对照序列在10^-15 M时响应接近，但在较高浓度下可区分，说明特异性随浓度提高。SNP错配在10 fM和1.0 fM时的电导增量仅为完全匹配cDNA的1.8%和7.9%，SNP选择性因子达50:1，显著高于分子信标4:1、金纳米颗粒替代淬灭分子信标25:1及其他报道方法。每个浓度进行20次测量取平均，体现一定重现性。作者强调果胶模板可降低背景噪声、简化流程，且基于微加工芯片可实现多路复用，适用于分子诊断、法医和环境监测等核酸检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：硅片上500 nm SiO2，10 nm Ti/15 nm Au指状微电极，间隙500 nm，提供电学换能
- 表面活化层：APTES（3-氨基丙基三乙氧基硅烷）接枝和PDITC（1,4-苯二异硫氰酸酯）活化，用于共价固定PNA
- 识别元件：氨基端PNA捕获探针（5'-H2N-ATGGTGGGCATGGGTCAGA-3'），与互补DNA杂交
- 模板/放大元件：果胶（potassium pectate，MW≈95500），经Zr3+锆-磷酸/羧酸根化学结合到DNA，提供邻二醇
- 氧化/醛基生成层：NaIO4（高碘酸钠，25 mM）在0.2 M NaOAc（pH 3.98）中氧化果胶邻二醇生成醛基
- 银沉积/导电桥：Ag(NH3)2NO3（氨性硝酸银，13.25 mM，pH 9.3）被醛基还原为Ag纳米颗粒/纳米线，桥接电极
- 封闭/钝化层：乙醇胺和二异丙基乙胺（DFM中）钝化未反应表面
中文摘要
本文报道了一种基于纳米间隙生物传感器的核酸超灵敏电学检测方法。首先将氨基端肽核酸（PNA）捕获探针固定在一对指状微电极的500 nm间隙中，使其与互补目标DNA杂交；随后通过锆-磷酸和锆-碳酸盐化学将果胶分子引入杂交DNA链，并在pH 3.98的醋酸缓冲液中用高碘酸钠氧化果胶邻二醇生成醛基。新生成的醛基在pH 9.3的氨性硝酸银溶液中还原银离子，形成银纳米颗粒并进一步桥接微电极间隙。金属纳米线电导与间隙中杂交DNA的量直接相关，从而将核酸识别事件转换为电导信号。优化条件下，该传感器对DNA的检出限为3 fM（S/N > 3），线性范围为1.0 fM–10.0 pM，相关系数R为0.99；作者还指出该方法可应用于RNA的直接检测。
英文摘要
An ultrasensitive electrical detection method of nucleic acids has been developed on a nanogapped biosensor. In this study, peptide nucleic acid (PNA) probes were immobilized in the gaps of a pair of finger microelectrodes first and were then hybridized with their complementary target DNA. After that, pectin molecules were introduced into the DNA strand via zirconium-phosphate and zirconium-carbonate chemistries and were oxidated by periodate in acetate buffer (pH 3.98). The newly produced aldedyde groups act as a reactant to reduce ammoniacal silver ion to produce silver nanoparticles, which bridged the gap of the interdigitated microelectrode. The conductance of the metallic nanoparticles correlated directly with the amount of the hybridized DNA. A much higher sensitivity was achieved at 3 femtomolar (S/N > 3) under optimal conditions. This biosensor is also applicable to the direct detection of RNA.