基于树枝状DNA和少层铋烯的电化学生物传感器用于高灵敏检测HIV病毒基因

为解决HIV早期诊断中高灵敏度、低成本检测的需求，研究人员开发了一种基于树枝状DNA（Dendrimer）和少层铋烯（FLB）的电化学DNA生物传感器，利用Azure A（AA）作为杂交指示剂，实现了对HIV特异性DNA序列从10.0 fM到10.0 pM的检测，检测限低至3.03 fM，并在患者血浆样本中成功验证，为资源有限地区的HIV快速筛查提供了新策略。

　　

人类免疫缺陷病毒（HIV）是一种严重危害全球公共卫生的病原体，尤其在中低收入国家，快速、准确且低成本的早期诊断手段仍然匮乏。尽管抗逆转录病毒疗法（ART）已显著改善患者预后，但病毒传播仍未得到有效遏制，部分原因在于现有检测技术对设备、人员和资金的要求较高，难以在资源有限地区推广。电化学生物传感器因其灵敏度高、易于微型化、成本低等优势，成为病原体检测领域的研究热点。近年来，二维纳米材料（如铋烯）和DNA纳米结构（如树枝状DNA）的引入，进一步提升了生物传感器的性能。

在此背景下，来自西班牙马德里自治大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》上发表了一项创新研究，他们成功开发出一种基于树枝状DNA（dendrimer）和少层铋烯（few-layer bismuthene, FLB）的电化学DNA生物传感器，用于HIV病毒基因的高灵敏、高选择性检测。

该研究主要采用了以下关键技术方法：通过碳丝网印刷电极（CSPE）构建传感基底，并利用FLB进行电极表面纳米结构化；采用分步杂交策略合成HIV特异性树枝状DNA探针（Dend_VIH-SH），并通过原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDX）及凝胶电泳进行表征；以Azure A（AA）为杂交指示剂，结合微分脉冲伏安法（DPV）实现杂交事件的电化学检测；最后使用临床血浆样本（来自不同病毒载量的HIV感染者及阴性对照）进行验证，所有样本均经医院伦理委员会批准并由罗氏Cobas 6800系统进行PCR对照分析。

3.1. HIV-based DNA dendrimer合成与表征

研究人员通过分步杂交法合成了携带HIV特异性捕获探针的树枝状DNA结构（Dend_VIH-SH）。凝胶电泳显示不同世代（G₀至G₂）的树枝状DNA分子量逐步增加，AFM和SEM图像清晰呈现出其三维球形超分支结构，EDX谱图则证实了DNA中氮（N）、磷（P）元素的成功引入。

3.2. 树枝状DNA生物传感器的构建

利用FLB的纳米片层结构及与硫醇（-SH）的强相互作用，研究人员将Dend_VIH-SH探针固定在电极表面。通过SEM、AFM、EDX、荧光显微镜及电化学阻抗（EIS）等多技术表征，逐步验证了CSPE/FLB/Dend_VIH-SH平台的成功构建。

3.3. HIV DNA序列检测性能

在最优条件下（探针浓度1.00 μM，孵育时间1小时），该生物传感器对HIV特异性序列（HIVc）的检测线性范围为10.0 fM至10.0 pM，检测限低至3.03 fM，灵敏度显著高于传统线性DNA探针传感器（LOD为0.235 pM）。干扰实验表明，即使存在SARS-CoV-1/2等非互补序列，传感器仍保持高特异性。此外，该平台在4°C储存60天后响应稳定性仅下降23%。

3.4. 人血清及临床血浆样本验证

在加标人血清中，对1.00 pM HIVc的回收率达到（99±8）%。更重要的是，在未经PCR扩增的真实患者血浆样本中，该传感器成功区分了阴性（NL）、低载量（LL）、中载量（ML）和高载量（HL）的HIV样本，响应信号与病毒载量呈正相关，且组间差异具有统计学意义（p<0.05）。

该研究通过巧妙整合FLB纳米材料与DNA树枝状结构，构建了一种新型电化学HIV基因传感器，不仅实现了飞摩尔（fM）级别的检测灵敏度，还具备良好的选择性、稳定性和临床适用性。其检测限低于多数已报道的同类平台，且无需PCR预扩增即可直接检测临床样本，显著降低了检测成本与时间，为HIV早期诊断、特别是在资源有限地区的推广应用提供了强有力的技术支撑。未来，该策略还有望拓展至其他病原体或疾病标志物的检测中。

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论文信息

Estefanía Enebral Romero, Marta Toldos-Torres, David López-Diego, Mónica Luna, Marta Failde, Brais González-Tobío, Félix Zamora, Iker Falces-Romero, María Luisa Montes, Tania García-Mendiola. Dendrimer-based DNA biosensor for HIV virus detection.

研究单位：Departamento de Química Analítica y Análisis Instrumental, Universidad Autónoma de Madrid, Spain.

期刊：Biosensors and Bioelectronics（注：原文未明确标注期刊名称，此处根据上下文推断为常见发表传感器工作的期刊之一，实际发表信息请以原文为准）。