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（T1，完全互补寡核苷酸）及单碱基错配DNA（T1M1），样品基质为PBS缓冲液/溶液
检测原理
该传感器利用分子信标的构象开关实现识别与信号触发。固定于金电极的H1探针呈发夹结构，3′端生物素靠近电极表面，因空间位阻不能与链霉亲和素-HRP结合。目标DNA T1与探针杂交后，发夹打开，生物素被触发暴露，随后与Streptavidin-HRP特异性结合。HRP作为酶放大元件，在H2O2存在下催化对苯二酚氧化，产生可电化学检测的产物，使金电极还原电流增加。目标DNA浓度越高，杂交后暴露的生物素和结合的HRP越多，酶催化产生的电流增量越大。单碱基错配序列杂交效率较低，因此电流响应明显减弱，可用于区分完全互补序列与错配序列。
检测灵敏度
LOD: 0.1 nM；线性范围: 0.1–1000 nM；相关系数: 0.9964（原文表述为 coefficient of variation）
效应效果
该传感器对完全互补目标DNA T1和含G–G单碱基错配的T1M1具有区分能力，错配序列的电流响应比完全互补序列弱8倍，缓冲对照背景较低。方法重现性方面，8个电极在10 nM T1条件下RSD为9.95%。传感器可再生，经8 M尿素和0.1 mg/mL生物素处理后，再生循环使电流增加下降42%，但信噪比与首次接近；冰箱保存2周后仍保留90.12%原始活性。与采用相同探针的荧光法相比，荧光法线性范围为1.18–2.6 μM，而本电化学酶放大方法将检测范围扩展至0.1–1000 nM并提高灵敏度。文中未报告实际样品加标回收率。作者认为该策略可简化DNA定量和单核苷酸多态性研究，具有临床应用前景，但检出限仍偏高。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金电极（GCE，直径2 mm），作为工作电极并传导电化学信号
- 自组装修饰层：5′-巯基分子信标探针（H1）与3-巯基丙酸（MPA）混合自组装，MPA起间隔和封闭作用
- 识别元件：发夹型分子信标DNA探针（H1，5′-C6Thiol-ACACGCTCATCAAGCTTTAACTCATAGTGAGCGTGT-3′-C6-biotin），与目标DNA杂交
- 信号标记物：链霉亲和素-辣根过氧化物酶（Streptavidin-HRP），与触发暴露的生物素结合并提供酶放大
- 封闭剂：牛血清白蛋白（BSA，1%），封闭电极表面非活性位点
- 电子供体/底物：对苯二酚（hydroquinone，1 mM）和过氧化氢（H2O2，3%），用于HRP催化反应
- 检测缓冲液：0.01 M磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.4），用于杂交、洗涤和电化学检测
中文摘要
本文报道了一种基于分子信标（MB）探针和酶放大策略的新型电化学DNA生物传感器。5′端修饰巯基、3′端修饰生物素的发夹型MB探针与3-巯基丙酸（MPA）混合自组装固定于金电极表面。未杂交时，MB保持发夹构象，3′端生物素靠近金表面并受空间位阻限制，难以与链霉亲和素-辣根过氧化物酶（Streptavidin-HRP）结合。当目标DNA与MB杂交后，探针发生构象变化，使生物素从电极表面触发暴露，进而特异性结合Streptavidin-HRP。在底物对苯二酚和过氧化氢存在下，HRP催化产生可电化学检测的产物，使还原电流显著增加，从而实现DNA定量。该传感器检出限为0.1 nM，并能区分完全互补目标DNA与含G–G单碱基错配的序列，具有较好的选择性，可用于DNA检测与单核苷酸多态性研究。
英文摘要
We described a novel electrochemical DNA biosensor based on molecular beacon (MB) probe and enzymatic amplification protocol. The MB modified with a thiol at its 5' end and a biotin at its 3' end was immobilized on the gold electrode through mixed self-assembly process. Hybridization events between MB and target DNA cause the conformational change of the MB, triggering the attached biotin group on the electrode surface. Following the specific interaction between the conformation-triggered biotin and streptavidin-horseradish peroxidase (HRP), subsequent quantification of DNA was realized by electrochemical detection of enzymatic product in the presence of substrate. The detection limit is obtained as low as 0.1nM. The presented DNA biosensor has good selectivity, being able to differentiate between a complementary target DNA sequence and one containing G-G single-base mismatches.