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
互补单链DNA（complementary ssDNA，目标DNA），样品基质为TE缓冲液（10 mM Tris–HCl、1 mM EDTA，pH 8.0）中的寡核苷酸溶液
检测原理
ZrO2对磷酸基团具有强亲和力，使带5′-磷酸末端的探针ssDNA无需施加电位即可固定在碳糊电极表面。亚甲基蓝（MB）作为氧化还原指示剂，可快速与单链DNA中暴露的鸟嘌呤碱基结合，并在差分脉冲伏安法下产生还原峰。当加入互补目标ssDNA时，探针与目标发生杂交形成双链DNA，鸟嘌呤碱基被遮蔽，MB与电极表面的结合量减少，DPV峰电流下降；非互补序列不能杂交，信号基本不变。因此，MB还原峰电流随目标ssDNA浓度增加而降低，并在一定范围内与浓度对数呈线性关系。
检测灵敏度
LOD: ≤2×10−10 M；线性范围: 2.25×10−10–2.25×10−7 M；灵敏度斜率: 0.2319 μA/log(CssDNA/pM)；R^2 = 0.9965
效应效果
该传感器对互补序列杂交表现出高选择性：非互补序列处理后MB的DPV信号与仅固定探针的电极基本一致，信号变化可忽略，说明只有互补序列能形成双链DNA并引起明显信号下降。灵敏度方面，可检测低至2×10−10 M的互补ssDNA，并在2.25×10−10–2.25×10−7 M范围内与浓度对数呈线性关系。电极无需施加电位即可固定探针，且通过简单抛光即可再生，五次连续再生的信号RSD为4.6%，重现性良好。作者认为该方法简单、实用、成本低，适用于DNA杂交定量检测及多种生物传感应用。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：碳糊电极（CPE），由石墨粉（graphite powder）与石蜡（paraffin wax）组成，提供导电、宽电位窗口和可抛光表面。
- 修饰层：氧化锆（ZrO2）颗粒混入碳糊，利用其对磷酸基团的强亲和力固定探针DNA，优化含量19%。
- 识别元件：5′-磷酸末端寡核苷酸探针（ssDNA probe），通过磷酸基团与ZrO2结合固定于电极表面。
- 信号标记物：亚甲基蓝（MB），作为氧化还原指示剂，与单链DNA中游离鸟嘌呤结合产生DPV/CV信号。
- 电极封装：聚四氟乙烯（PTFE）套管与铜线（copper wire），固定碳糊并建立电接触。
中文摘要
本文报道了一种基于氧化锆修饰碳糊电极的简单、可抛光且可再生的DNA生物传感器。将氧化锆（ZrO2）与石墨粉和石蜡混合制成碳糊，优化组成为56%石墨粉、19% ZrO2和25%石蜡。带有5′-磷酸末端的寡核苷酸探针通过ZrO2对磷酸基团的强亲和力固定在电极表面。采用循环伏安法和差分脉冲伏安法，以亚甲基蓝（MB）为指示剂表征DNA固定和杂交过程。互补与非互补DNA序列响应比较表明，该传感器对杂交检测具有高选择性和高灵敏度，可检测低至2×10−10 M的互补DNA。通过简单抛光即可快速、可重复地再生电极表面，五次连续再生的信号相对标准偏差为4.6%。
英文摘要
A simple, polishable and renewable DNA biosensor was fabricated based on a zirconia modified carbon paste electrode. Zirconia was mixed with graphite powder and paraffin wax to produce the paste for the electrode, and response-optimized at 56% graphite powder, 19% ZrO(2) and 25% paraffin wax. An oligonucleotide probe with a terminal 5'-phosphate group was attached to the surface of the electrode via the strong affinity of zirconia for phosphate groups. DNA immobilization and hybridization were characterized by cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry, using methylene blue as indicator. Examination of changes in response with complementary or non-complementary DNA sequences showed that the developed biosensor had a high selectivity and sensitivity towards hybridization detection (< or =2x10(-10) M complementary DNA detectable). The surface of the biosensor can be renewed quickly and reproducibly (signal RSD+/-4.6% for five successive renewals) by a simple polishing step.