组成图示
示意图生成中
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
互补寡核苷酸目标（HIV oligonucleotide target）、错配寡核苷酸（MHIV）、随机寡核苷酸（RAND）；样品基质：PBS缓冲液（pH 7.4）
检测原理
该传感器利用JUGthio自组装单层本身的醌基氧化还原活性作为换能信号。金电极上的JUGthio在方波伏安法中于约-0.44 V出现还原峰。3′-烷基硫醇修饰的单链寡核苷酸探针与JUGthio形成混合单层后，单链探针的柔性链段和氢键位点与JUGthio界面相互作用，抑制醌基电子转移，使峰电流降低。加入互补寡核苷酸目标后，探针与目标通过Watson-Crick碱基配对形成刚性双链，单链与JUGthio的界面相互作用被消除，醌基氧化还原速率恢复并提高，还原峰电流增强，形成signal-on响应。随机序列不能杂交，错配序列不能形成稳定双链，因此不产生增强，甚至因热脱附导致信号下降。
检测灵敏度
LOD: ∼300 pM（原文为 detection threshold）；测量浓度范围: 30 pM–25 nM；最大响应: ∼100 nM
效应效果
该体系在完全互补目标下呈现明显信号增强，随机序列不引起显著电流变化，单碱基错配序列则出现信号下降，且下降幅度与50 °C PBS中JUGthio单层热脱附相当，表明其可区分单碱基差异。荧光定量实验显示，互补杂交后解链释放约10 pmol cm⁻²荧光标记目标，而随机序列和错配序列的杂交量可忽略，支持电流变化来源于真实杂交。检测阈值约为300 pM，响应在约100 nM达到最大。论文未报告稳定性、重现性、实际样品回收率或与ELISA、qPCR等方法的对比数据。作者认为该无标记、无试剂的直接电化学转导机制可拓展至蛋白、小分子及复杂临床样品检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（Au electrode，1 cm²，清洗预处理），提供电子转导与自组装基底
- 电活性修饰层：JUGthio（5-hydroxy-3-hexanedithiol-1,4-naphthoquinone）自组装单层，通过二硫醇在金表面形成醌基氧化还原信号
- 识别元件：3′-烷基硫醇修饰单链寡核苷酸探针 HS-ss-ODN（HS-ss-GEM），部分置换JUGthio形成混合单层并捕获互补目标
- 被测物：互补寡核苷酸目标 HIV、错配寡核苷酸 MHIV 或随机寡核苷酸 RAND，与探针杂交改变界面状态
- 信号读出：方波伏安法（SWV）在PBS（pH 7.4）中监测醌基还原峰（约-0.44 V）电流变化
中文摘要
本文报道一种基于电活性自组装单层的无试剂电化学DNA生物传感器。该传感器以金电极为基底，在其表面自组装5-羟基-3-己烷二硫醇-1,4-萘醌（JUGthio）单层，并将3′-烷基硫醇修饰的单链寡核苷酸探针部分置换到JUGthio单层中形成混合单层。JUGthio中的醌基在方波伏安法中产生约-0.44 V的还原峰，可作为直接电化学信号。单链探针接枝后与JUGthio界面发生相互作用，使氧化还原电流降低；当加入互补寡核苷酸目标时，探针与目标形成刚性双链，消除单链与JUGthio之间的界面相互作用，醌基电子转移速率提高，峰电流显著增强，从而实现信号增强型检测。该体系无需外源标记物或试剂，对完全互补目标具有明显响应，对随机序列无显著响应，并能区分单碱基错配，显示良好的选择性。作者认为该直接转导机制还可拓展至蛋白、小分子及复杂临床样品检测。
英文摘要
We report a signal-on, reagentless electrochemical DNA biosensor, based on an electroactive self-assembled naphthoquinone derivative (JUG(thio)) monolayer. This system achieves highly sensitive (approximately 300 pM) and selective signal-on detection. Before hybridization, the single strand can interact with JUG(thio) and slow down the redox reaction. When the complementary target is added, the formation of the double helix eliminates the single strand/JUG(thio) interactions and the JUG(thio) redox rate, and hence the current increase.