组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
目标 DNA（target DNA）、PCR 扩增 DNA（PCR-amplified DNA）、鲑鱼精 DNA（fsDNA）；样品基质为杂交缓冲液/PBS 溶液及电极表面溶液。
检测原理
表面模式中，单链 DNA 探针固定于金或碳电极表面，互补目标 DNA 杂交后形成双链 DNA（dsDNA）。电活性嵌入剂 Hoechst 33258（H33258）选择性嵌入 dsDNA 碱基对之间，在约 0.6 V 发生氧化，阳极峰电流随表面杂交体数量增加而升高；非互补目标不形成 dsDNA，H33258 难以结合，电流较低。溶液模式中，H33258 与溶液中 PCR 扩增 DNA 结合形成聚集体，使嵌入剂向裸电极的传质受阻，阳极峰电流随 DNA 量增加而降低；游离 H33258 传质较快，电流较高。该体系以杂交识别和嵌入剂氧化/传质抑制为核心，无额外酶促或链式放大。
检测灵敏度
—
效应效果
该文为方法学协议，未给出 LOD、RSD、回收率或与其他定量方法对比。选择性基于 DNA 杂交特异性：互补目标链与表面探针形成 dsDNA 后，H33258 嵌入并产生较高阳极峰；非互补链不杂交，ssDNA 探针不结合嵌入剂，峰电流较低。溶液模式中，PCR 扩增 DNA 与 H33258 形成聚集体，抑制传质，使峰电流随 DNA 量增加而下降。SPE 一次性使用，室温保存且未损坏时稳定；探针固定约 12 h，杂交 1 h，嵌入剂孵育 5 min，测量在室温进行。作者认为该协议适合初学者建立电化学 DNA 杂交检测，并可向即时检测（POCT）方向开发。
传感器的构成
- 换能器电极：一次性平面印刷电极（SPE），含碳工作电极、碳对电极和 Ag/AgCl 参比电极，用于 LSV/CV/DPV 电化学读出。
- 表面固定层（金电极模式）：5′-硫醇化单链 DNA 探针（thiolated ssDNA probe）在金表面形成自组装单分子层（SAM），通过 Au–S 键共价固定识别元件。
- 表面固定层（碳电极模式）：预氧化碳表面通过静电吸附固定带负电磷酸骨架的单链 DNA 探针（ssDNA probe）。
- 识别元件：单链寡核苷酸探针（probe oligonucleotide, ssDNA），与互补目标 DNA（target DNA）杂交形成双链 DNA（dsDNA）。
- 信号标记物：电活性 DNA 嵌入剂 Hoechst 33258（H33258），选择性嵌入 dsDNA 并在约 0.6 V 发生氧化，提供阳极峰电流。
- 反应与清洗介质：杂交缓冲液（20 mM Tris–HCl、500 mM NaCl，pH 7.0）和含 SDS 的洗涤液，用于杂交、去除非特异结合及过量 H33258。
- 溶液检测模式：裸 SPE 工作电极，无表面探针固定，直接检测溶液中 PCR 扩增 DNA 与 H33258 形成的聚集体对电极传质的抑制。
中文摘要
电化学生物传感器利用两条互补核酸链形成双螺旋的固有特性，通过杂交反应的特异性检测目标 DNA 序列，并有望用于即时检测设备。自 20 世纪 90 年代初以来，该领域取得显著进展，但仍存在诸多挑战。本章面向新进入该领域的研究者，介绍电化学生物传感器的组成，重点讨论基于嵌入剂的 DNA 生物传感器。文中以结构明确的电活性 DNA 嵌入剂 Hoechst 33258 为例，系统说明两种经典 DNA 传感方法：溶液相检测与表面固定检测，并提供有助于识别和解决典型电化学 DNA 生物传感器实验中常见问题的指导说明。
英文摘要
An electrochemical DNA biosensor is a device that utilizes the inherent ability of two complementary strands of nucleic acids to form a double helix. The specificity of this reaction, namely hybridization, is used in the detection of target DNA sequences with a view toward developing point-of-care devices. Since the early 1990s, great progress has been made in this field, but there are still numerous challenges to overcome. This chapter describes the components of an electrochemical DNA biosensor for researchers new to the field, paying particular attention to intercalator-based DNA biosensors. We will use a well-defined electro-active DNA intercalator Hoechst 33258, as our running example. Two of the most classic DNA sensing methods: solution-based and surface-immobilized methods are discussed, along with guiding notes that would help identify and overcome possible problems in a typical electrochemical DNA biosensor experiment.