电极表面一步DNA步行器放大策略构建电致化学发光生物传感器实现microRNA的灵敏检测

MicroRNA（miRNA）是由内源基因编码的短链非编码单链RNA分子，在生物过程中起着重要的调节作用，大量证据表明miRNAs的异常表达（上调或下调）与多种人类癌症的发病机制密切相关。然而，由于miRNA在细胞内丰度低，因此迫切需要寻找一种高特异性和高灵敏度的分析技术来定量检测miRNA。近日，西南大学袁若（点击查看介绍）、卓颖（点击查看介绍）教授通过设计三元电致化学发光（ECL）体系，结合一步DNA步行器放大策略构建生物传感器实现了miRNA 141的灵敏检测。

电致化学发光（ECL）在生物传感领域是一项很有前景的分析技术，传统的二元ECL体系中，发光体与共反应试剂在施加一定的电压后发生一系列电化学反应和化学反应，从而在电极表面产生不稳定的激发态，跃迁至基态时以光的形式释放能量。西南大学化学化工学院袁若教授团队发展了一种新型的ECL三元体系，通过向传统的二元ECL体系中引入一种能与共反应试剂（如S₂O₈^2-）发生反应物质（比如氨基脲，苯胺）从而显著提高共反应试剂的反应活性，促进了发光体和共反应试剂的ECL反应速率，显著放大ECL信号，他们将这一类物质定义为共反应促进剂。（相关研究论文：Anal. Chem., 2015, 87, 11389; Anal. Chem., 2017, 89, 6787; Anal. Chem., 2017, 89, 9108; Anal. Chem., 2018, 90, 2263; Chem. Eur. J., 2016, 82, 6207等）

最近，该团队结合电极表面的一步DNA步行器放大策略和三元ECL体系构建了ECL“off-on”型生物传感器，简化实验操作的同时快速有效地实现信号放大。三元ECL体系以9,10-二苯基蒽纳米方块（DPA NBs）为发光体，Pt-Ag合金为共反应促进剂，溶解氧作共反应试剂，得到一个强烈的初始ECL信号。此外，DPA NBs表面的Pt-Ag合金可以进一步固载猝灭剂Fc-DNA猝灭ECL信号，得到一个“signal-off”状态。同时，DNA摆臂也固载到电极表面用于进行后续一步DNA步行器放大策略。有趣的是，如图所示，电极表面的DNA摆臂由DNA1和DNA2通过碱基互补配对形成，阻止了DNA2与电极表面Fc-DNA的结合。当含有目标物miRNA-141和T7 Exo的反应溶液孵育到电极表面后，miRNA-141捕获DNA1形成双链结构释放出DNA2与电极表面的Fc-DNA杂交。T7 Exo能从双链RNA/DNA或者双链DNA中DNA的5'平末端或者凹陷端进行剪切。结果显示，在T7 Exo的辅助下，miRNA-141和DNA1形成的双链中，DNA1被剪成碎片释放出miRNA-141去结合其他DNA摆臂上的DNA1实现目标物循环。同时，Fc-DNA也因剪切而从电极表面脱落，因此，DNA2作为DNA步行器链继续去与另一个Fc-DNA杂交再剪切，实现DNA步行器循环过程。

通过电极表面的一步DNA步行器放大，所制备的传感器能同时实现目标物循环和酶剪切，其操作简单，灵敏度高，能实现对miRNA-141的超灵敏检测。因此，结合三元ECL平台和一步DNA步行器放大，所构建的“off-on”型生物传感器检测限低至29.5 aM，该方法在生物分析和早期癌症诊断中展示出极大的潜力。

这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者为西南大学化学化工学院的硕士研究生刘佳莉，西南大学化学化工学院的袁若、卓颖教授为通讯作者。相关研究工作得到国家自然科学基金委的支持。

该论文作者为：Jia-Li Liu, Zhi-Ling Tang, Jia-Qi Zhang, Ya-Qin Chai, Ying Zhuo, Ruo Yuan

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Morphology-Controlled 9,10-Diphenylanthracene Nanoblocks as Electrochemiluminescence Emitters for MicroRNA Detection with One-Step DNA Walker Amplification

Anal. Chem., 2018, 90, 5298, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00209

导师介绍

袁若

http://www.x-mol.com/university/faculty/13979

卓颖

http://www.x-mol.com/university/faculty/13990