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
土霉素（oxytetracycline, OTC）；样品基质：结合缓冲液（100 mM NaCl、20 mM Tris-HCl、5 mM KCl、2 mM MgCl2、1 mM CaCl2，pH 7.6），作者提出可应用于受污染食品与废水
检测原理
该传感器以金指叉阵列电极为换能器，3′巯基修饰的OTC特异性ssDNA适配体通过Au-S键固定于金表面。样品中OTC与适配体结合后，形成适配体-OTC复合物，改变电极界面层的通透性、电荷分布和扩散阻力，使带电铁氰根离子向电极表面的扩散及电子转移速率降低。铁氰化钾/亚铁氰化钾作为氧化还原介质，在CV/SWV中产生电流；OTC结合导致电流下降，ΔI=(I0−I1)/I0×100。IDA电极的generator/collector结构可连续进行RedOx cycling，增强电流响应。OTC浓度越高，电流下降越大，在半对数坐标下1–100 nM与ΔI呈线性关系。DOX和TET因结构差异结合弱，仅产生接近背景的电流变化。
检测灵敏度
线性范围: 1–100 nM（半对数坐标）；R^2 = 0.961；显著电流下降最低浓度: 5 nM
效应效果
该传感器对OTC具有较高选择性，可区分结构相似的多西环素和四环素；DOX与TET引起的电流变化为32–40%，接近无目标物背景，而OTC产生明显更高的响应。系统重现性较好，变异系数约4.5%。电极可用2 M NaCl再生，连续30次捕获-再生循环后仍保留87.9%原始信号，前20次约保持96.0%。论文未报告实际样品加标回收率，但作者认为其比既往OTC检测方法更敏感，可弥补HPLC和ELISA对结构类似物选择性不足的问题，适用于受污染食品、废水等实际样品中四环素残留的现场或高通量检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：玻璃芯片上的金指叉阵列电极（gold interdigitated array, IDA），集成工作、参比、对电极，工作电极2 mm2、65对金电极，用于电化学换能
- 识别元件：3′端巯基修饰的76-mer单链DNA适配体（ssDNA aptamer, OTC-binding aptamer No.5），通过Au-S键固定并特异性结合OTC
- 间隔层：三碳连接臂（C3 spacer），连接适配体与金表面，保持适配体构象
- 封闭剂：3,3′-二硫代二丙酸（3,3′-dithioldipropionic acid），1 mM处理30 min，封闭非特异性结合位点
- 氧化还原介质/电子供体：5 mM K3Fe(CN)6含100 mM KCl，提供铁氰根/亚铁氰根氧化还原电流
- 结合缓冲液：100 mM NaCl、20 mM Tris-HCl、5 mM KCl、2 mM MgCl2、1 mM CaCl2，pH 7.6，用于OTC结合
- 再生液：2 M NaCl，破坏适配体-OTC相互作用并释放OTC，实现电极再生
中文摘要
本研究开发了一种基于DNA适配体的电化学生物传感器，用于特异性检测土霉素（OTC）。将3′端巯基修饰的76-mer单链DNA适配体通过金硫共价键固定于金指叉阵列（IDA）电极芯片上，作为生物识别元件。该适配体对OTC具有高亲和力（Kd=11.13 nM），可区分结构相似的多西环素（DOX）和四环素（TET）。检测时，样品中的OTC与固定适配体结合，改变电极界面层对带电铁氰根离子的通透性和扩散速率，使铁氰化钾/亚铁氰化钾氧化还原电流下降。采用循环伏安（CV）和方波伏安（SWV）读取信号，以相对电流变化ΔI=(I0−I1)/I0×100表征。该传感器在1–100 nM范围内对OTC呈半对数线性响应，R2=0.961，并能有效区分OTC与DOX、TET，具有用于食品及废水中四环素残留检测的潜力。
英文摘要
An electrochemical sensing system for oxytetracycline (OTC) detection was developed using ssDNA aptamer immobilized on gold interdigitated array (IDA) electrode chip. A highly specific ssDNA aptamer that bind to OTC with high affinity was employed to discriminate other tetracyclines (TCs), such as doxycycline (DOX) and tetracycline (TET). The immobilized thiol-modified aptamer on gold electrode chip served as a biorecognition element for the target molecules and the electrochemical signals generated from interactions between the aptamers and the target molecules was evaluated by cyclic voltammetry (CV) and square wave voltammetry (SWV). The current decrease due to the interference of bound OTC, DOX or TET was analyzed with the electron flow produced by a redox reaction between ferro- and ferricyanide. The specificity of developed EC-biosensor for OTC was highly distinguishable from the structurally similar antibiotics (DOX and TET). The dynamic range was determined to be 1-100 nM of OTC concentration in semi-logarithmic coordinates.