新型2D DNA纳米探针介导的无酶目标物循环放大策略用于MicroRNA的电化学超灵敏检测

作为致癌基因和抑癌基因，MicroRNA的表达水平可作为不同癌症早期诊断的生物指标。为了实现对microRNA的灵敏检测，诸多方法得以开发，然而或多或少都存在成本高、灵敏度低等问题。近日，西南大学的袁若（点击查看介绍）、柴雅琴（点击查看介绍）教授通过设计一种新型的2D DNA纳米探针，结合无酶目标物循环放大策略，构建了电化学生物传感器，实现了对microRNA的超灵敏检测。

为了克服现有microRNA检测方法的不足，该团队着眼于电化学信号放大策略和DNA纳米结构。一方面，在电化学信号的放大策略中，无酶目标物循环放大策略在简单高效地实现目标物信号比1：N放大效果的同时，又克服了使用酶辅助高成本、受环境影响大的缺点；另一方面，在DNA纳米结构中，相比于3D DNA纳米结构的高位阻和1D DNA纳米结构的低固载效率、低稳定性，两足支撑的2D DNA纳米结构具有低位阻、高稳定性的优点，从而极大地提高了其在电极表面的固载效率。受此启发，该团队致力于设计一种新型的2D DNA纳米探针，该探针拥有更好的柔性、稳定性与可构建性，借此进一步增大无酶目标物循环放大策略的效率。

该团队借助邻位触及技术和DNA链置换反应，将一种新型的2D DNA纳米探针和无酶目标物循环放大策略结合起来，在此基础上，构建出电化学生物传感器用于对miRNA-21的超灵敏检测。如下图所示，在A1的辅助下，标记了电活性物质二茂铁的A2和A3能够被拉近并与电极上固载的S1和S2杂交配对，形成2D DNA纳米探针，使标记的二茂铁接近电极表面，得到明显的电化学信号响应。在目标物miRNA-21存在的情况下，发夹链H打开，露出预先封住的特定位点，接着与2D DNA纳米探针中的A1杂交，发生链置换反应，使信标链A2和A3远离电极表面，同时释放出miRNA-21，又打开新的H，从而引发下一个DNA链置换反应。接下来大量的标记物二茂铁从电极表面脱落，使电化学信号响应极大地降低，由此实现对目标物miRNA-21的超灵敏检测。

该2D DNA纳米探针中存在一个柔性区域，如下图所示，相比于常见的刚性二维结构，这种新型的柔性2D DNA纳米探针具有更小的空间位阻和更大的柔性，极大地提高了其在电极表面的固载效率，得到更大的电化学信号响应，由此进一步提高了该传感器对目标物miRNA-21的检测灵敏度。

综上所述，该研究具有三个新颖点，第一点是这种特殊的两足2D DNA纳米探针具有优异的柔性和稳定性，提高了在电极表面的固载效率和电化学信号响应，从而提高了检测灵敏度；第二点是该探针基于邻位触及技术构建而成，其高效性赋予良好的再生性，降低了实验成本，其再生超过4次，效率为92.67%和101.93%之间；三是无酶目标物循环放大策略的引入又进一步提高了目标物的检测灵敏度，实现了对microRNA-21的超灵敏检测，检测限低至0.31 fM。综上所述，在此基础上构建的电化学生物传感器具有良好的灵敏度、稳定性和选择性，提供了一种基于2D DNA纳米探针来构建生物传感器的新颖策略，并能够广泛延伸到对大量其他生物指标的分析之中。

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张晓龙，西南大学化学化工学院的袁若、柴雅琴教授为通讯作者。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：Xiaolong Zhang, Zhehan Yang, Yuanyuan Chang, Min Qing, Ruo Yuan, Yaqin Chai

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）：

Novel 2D-DNA-Nanoprobe-Mediated Enzyme-Free-Target-Recycling Amplification for the Ultrasensitive Electrochemical Detection of MicroRNA

Anal. Chem., 2018, 90, 9538, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b02251

导师介绍

袁若

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

柴雅琴

http://www.x-mol.com/university/faculty/49928