组成图示
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传感器类型
表面等离子共振(SPR)生物传感器
检测对象
BRCA1 基因 916delTT 突变 DNA（916delTT mutant DNA）、BRCA1 基因 R1443X 突变 DNA（R1443X mutant DNA）及对应野生型错配 DNA；样品基质：模拟 PCR 产物的合成 DNA 溶液（synthetic PCR sequences）
检测原理
固定于金表面的硫醇化突变型 DNA 探针通过 Au–S 键与 45 nm 金膜结合，15T 纵向间隔物将识别区抬离表面，MCH 或 DNA 横向间隔物控制探针密度并减少平躺吸附。当模拟 PCR 产物中的突变型靶 DNA 流过时，与探针完全互补杂交形成双链，使金表面界面质量和折射率增加；野生型靶 DNA 存在错配，在 1× SSC 或 5× SSC–5% 甲酰胺的严格条件下双链稳定性降低，结合量显著减少。SPR 通过监测反射激光角度或折射率变化实时读出结合量，信号随靶 DNA 浓度升高而增大，从而实现无标记、无放大条件下对 BRCA1 突变的区分。
检测灵敏度
LOD: below 50 nM（优化后 BRCA1 突变检测）；LOD: 100 nM（SSC 1× 突变识别）；LOD: 10 nM（25-mer 完全互补靶标）
效应效果
在优化条件下，传感器无需标记或信号放大即可区分 BRCA1 突变型与野生型模拟 PCR 序列。916delTT 的错配区分能力达 88–92%，R1443X 为 70–86%；50 nM 突变靶标可被清晰检测，信号为 1.93×10−4±2.2×10−5，而错配信号仅 2.29×10−5±2.2×10−5。早期 25-mer 错配区分能力为 13–36%（外部错配）和 21–35%（内部错配），PCR 靶标约 80%。作者认为该方法比文献中 150 nM PCR 靶标 34% 的区分能力更优，可作为遗传性乳腺癌早期筛查的竞争性无标记平台。
传感器的构成
- 基底/换能器：显微镜盖玻片（10×10×0.15 mm），承载光路并作为 SPR 芯片载体。
- 金属换能层：2 nm 铬（Cr）粘附层与 45 nm 金（Au）薄膜，产生表面等离子共振并检测界面折射率变化。
- 识别元件：5′端带 C6-SH 硫醇连接臂的突变型寡核苷酸探针（SH-M-916delTT 或 SH-M-R1443X），通过 Au-S 键固定于金表面并特异性杂交靶 DNA。
- 纵向间隔物：探针内插入 15 个胸腺嘧啶（15T）序列，将识别区抬离金表面，提高靶标可及性和杂交效率。
- 横向间隔物：己硫醇（MCH）或 DNA 横向间隔序列（DNA-L1Spacer/DNA-L2Spacer），控制探针密度、减少平躺物理吸附并调节表面可及性。
- 杂交介质/严格性调节剂：1× SSC 或 5× SSC 加 5% 甲酰胺（formamide），通过低离子强度和破坏氢键提高完全互补与错配双链区分能力。
- 信号标记物：无，采用无标记 SPR 直接检测杂交引起的界面折射率变化。
中文摘要
本文报道了一种基于表面等离子共振（SPR）的无标记 DNA 突变筛查方法，用于遗传性乳腺癌相关 BRCA1 基因突变的早期检测。研究系统考察了横向间隔物、纵向间隔物以及不同杂交条件对完全互补链与错配链区分能力的影响，以优化 SPR 生物传感器对 DNA 杂交和突变识别的灵敏度与选择性。通过硫醇化学控制寡核苷酸探针在金表面的固定密度，引入 15 个胸腺嘧啶纵向间隔物提高探针可及性，并采用低离子强度 SSC 缓冲液和 5% 甲酰胺提高杂交严格性，从而增强完全匹配与错配双链的稳定性差异。以模拟 PCR 产物的合成 DNA 序列为靶标，传感器可清晰区分 BRCA1 基因 916delTT 和 R1443X 突变型与野生型序列，突变序列与完全互补序列的区分能力达约 80% 以上，检测限低于 50 nM。结果表明，常规 SPR 生物传感器无需标记或信号放大即可实现高灵敏、高选择性 DNA 突变检测，为遗传性乳腺癌等遗传相关疾病的早期筛查提供了有竞争力的平台。
英文摘要
A screening analysis of DNA hybridization and the presence of DNA mutations using an surface plasmon resonance (SPR) biosensor is shown. The influence of lateral and vertical spacers, as well as several hybridization conditions, was studied to optimize the differentiation between fully complementary and mismatched DNA strands. Our results demonstrated that SPR biosensors were able to detect mismatch sequences related to inherited breast cancer, with high specificity and sensitivity. Using PCR synthetic sequences as targets, mutant sequences were clearly discriminated from fully complementary ones, and detection limits below 50 nM were achieved.