電化學氧化還原反應理論上需要一個四電極系統,如圖6.13所示。由互相交叉的貴金屬(產生和收集器)電極組成一個傳感器(見圖6,13)示蹤分子固定在兩個電極上(注意,為簡化起見,圖6.13b的放大圖只顯示了其上的一條DNA鏈)。 HD74HC244P樣品中的靶分子通過酶標記進行了標記(如堿性磷酸酶)。經過雜交和沖洗階段,之后,將另一種化學材料(如帕拉-氨基苯磷酸鈉鹽) 添加到電解液樣品中。帶酶的標記,本身對電化學反應不具活性,可以穿過添加的基底材料,因此,會在DNA雙鏈所處的位置生成了一種具備電化學活性的物質(在我們的例子中:對氨基苯酚)。

   通過同時對傳感器兩個電極加載氧化和還原電勢(相對于參比電勢,所施加電勢典型值為正負幾百mⅤ量級),這種物質(例如:對氨基苯酚)在一個電極被氧化(例如:成為醌亞胺),而在另外一個電極則被還原為之前的物質:這些電化學氧化還原復合行為活動最終轉化為兩個電極間的電流:與電化學活性分子直接與DNA靶分子交聯原理相比,這種方法容許每個傳感器測試點產生更多的電荷,主要由于這不受可用標記分子數量的限制:此外,它會產生一個準直流信號,測試時電極電勢保持恒定電壓,所以亥姆霍茲雙層電容帶來的置換電流在此不發揮作用。

   由于此種氧化還原過程中,一定數量的電化學反應電荷也會從各自對應的產生位置擴散出去,采用一種恒電勢裝置用來控制電解液的電勢。