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
有毒藻类（toxic algae，含 A. ostenfeldii 18S-rRNA 目标）；样品基质：海洋/环境水样或浮游植物样品
检测原理
传感器以金电极为换能器，表面通过硫醇化捕获DNA探针自组装固定。目标藻类rRNA与捕获探针杂交后，地高辛标记的检测探针再与rRNA另一区域杂交，形成夹心结构。抗地高辛-辣根过氧化物酶复合物识别DIG标记，使酶富集于电极界面。加入ADPA和H2O2底物后，POD催化ADPA与H2O2发生氧化还原反应，产生与目标rRNA量成正比的电流。电流由PalmSens电化学工作站和多路复用器读出。多探针芯片上不同电极固定不同物种探针，可同步检测多个目标。信号放大主要依赖rRNA高拷贝数、夹心杂交和酶催化底物转化。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
以A. ostenfeldii 18S-rRNA阳性对照验证，碳与金单电极正控信号约1500 nA；金电极负控611 nA，经MCH和5% BSA封闭后降低。3% casein使负控降至281 nA，但正控降至1168 nA。保存12个月后，碳信号由1416降至798 nA（约45%），金信号由1711降至1282 nA（约26%）。提高ADPA至6.6 mg、H2O2至600 mM可使信号由1530升至3971 nA，负控由38升至203 nA。多探针芯片无电极间串扰，未点样电极背景62–129 nA；疏水陶瓷芯片平均信号937 nA，优于未涂层陶瓷602 nA。作者认为可配合半自动设备在2 h内现场检测多种有毒藻。
传感器的构成
- 载体基底：陶瓷（alumina）或valox聚酯混合材料，承载16个金工作电极；最终选择带疏水聚合物涂层的陶瓷以适配自动点样
- 换能器电极：16个金工作电极（Au WE，1.5 mm）和组合对/参比电极（counter/reference electrode），周围有介电层（dielectric layer），用于电化学检测
- 识别元件：硫醇化捕获DNA探针（thiolated capture DNA probe，如AOST2）自组装固定于金电极表面，用于结合目标藻类rRNA
- 表面修饰封闭：6-巯基-1-己醇（MCH）后处理减少金表面非特异结合；5% BSA封闭进一步降低背景
- 信号标记物：地高辛标记检测DNA探针（digoxigenin-labelled signal probe，如AOST1）与目标rRNA杂交，携带DIG信号基团
- 酶标抗体：抗地高辛-辣根过氧化物酶复合物（anti-DIG-POD）识别DIG，将信号放大至电极界面
- 底物/电子供体：4-氨基苯胺盐酸盐（ADPA）和过氧化氢（H2O2）底物溶液，在POD催化下发生氧化还原反应产生电流
- 保存涂层：2%海藻糖（Trehalose）PBS涂层干燥，用于4℃长期保存
中文摘要
全球已启动多项浮游植物组成及有害有毒微藻监测计划。目前用于浮游植物鉴定的多种分子方法通常需将样品送至专业实验室。为实现在现场监测有毒藻类，作者开发了一种多探针芯片和半自动rRNA生物传感器，用于原位检测有毒藻类。研究采用单电极传感器和基于物种特异性rRNA探针的夹心杂交方法，系统比较了不同电极材料与载体材料的性能。由于浮游植物群落由不同物种组成，作者进一步设计了包含16个金电极阵列的多探针芯片，可同时检测最多14个目标物种。该传感器以夹心杂交为识别策略，以电化学检测为信号读出方式，为有毒藻类的快速、多物种现场检测提供了基础。
英文摘要
Worldwide monitoring programs have been launched for the observation of phytoplankton composition and especially for harmful and toxic microalgae. Several molecular methods are currently used for the identification of phytoplankton but usually require transportation of samples to specialised laboratories. For the purpose of the monitoring of toxic algae, a multiprobe chip and a semi-automated rRNA biosensor for the in-situ detection of toxic algae were developed. Different materials for the electrodes and the carrier material were tested using single-electrode sensors and sandwich hybridisation that is based on species-specific rRNA probes. Phytoplankton communities consist of different species and therefore a biosensor consisting of a multiprobe chip with an array of 16 gold electrodes for the simultaneous detection of up to 14 target species was developed. The detection of the toxic algae is based on a sandwich hybridisation and an electrochemical detection method.