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【最新发表】【Sensors and Actuators B: Chemical】基于多孔淬灭剂的三元非对称纳米传感器及miRNA检测
发布时间:2020-07-08

【背景】

近年来,microRNAs(miRNAs)已成为临床诊断各种疾病,尤其是癌症的有前途的生物标志物。与传统的分子诊断方法相比,基于纳米材料的荧光传感策略在信号放大、灵敏度提高和稳定生物传感界面方面具有优越的传感性能,在生物、医学等领域的应用受到越来越多的关注和重视。然而,现有的纳米猝灭剂颗粒结构和功能简单,具有互补模式的功能性纳米颗粒很少。因此,如何在同一纳米传感器中将具有不同表面特性(化学,极性,结构等)的两种不同的纳米颗粒组合在一起,实现集成功能模块是有待解决的科学问题。

2020年6月19日,本课题组在《Sensors and Actuators B: Chemical》杂志在线发表题为 “Janus nanoparticles with asymmetrically subcompartmentalized sensing and amplification modules toward fluorescence detection of microRNA”的文章,硕士研究生唐嘉为论文第一作者。该研究首次报道了一种具有Janus结构的介孔聚多巴胺/金纳米颗粒,设计了一种具有互补功能模块的纳米传感器,可以灵敏、高选择性检测目标miRNA。

图文导读

. Janus MPDA-Au纳米颗粒的合成过程和miRNA检测应用的示意图

图二.aMPDATEM图像;(b MPDA-AuSEM图像;(cHAADF-STEM图像和相应的EDS元素映射图像(dAu eC fN gO);(hMPDAMPDA-Au氮吸附等温线以及(i)相应孔径分布。

图三. 不同条件下获得的样品的TEM图像,研究了合成参数对MPDA-Au纳米颗粒结构和形貌的影响:(a)少量的HAuCl4 50 μL);(b)多量的HAuCl4 200 μL);(c)高pH3.1);(d)低pH2.65);(e)低体积生长溶液(2.6 mL)和(f)高体积生长溶液(5.2 mL)生长溶液(PVPKI、抗坏血酸、氯金酸、H2O)。

图四. Janus颗粒表面不对称修饰的研究:(a)拉曼光谱;(bHAADF-STEM图像和元素映射图像;(c XPS光谱;(dFTIR光谱;(eZeta水动力电位;(fMPDA-AuMPDA-Au-DSSPMPDA-Au-DSNZeta电位和水力学尺寸分布。

图五.(a)不同浓度的MPDA、MPDA-Au-DSN、MPDA-Au-DSN、MPDA-Au(60)-DSN和MPDA-Au(90)-DSN对50 nM FAM单链(ss)DNA探针的猝灭效率;(b)MPDA-Au/MPDA-Au-DSN(130 μg mL-1)介导的双链DNA探针荧光强度变化验证固定化DSN的酶切活性;(c)游离DSN(1 U mL-1)和MPDA-Au-DSN(固定DSN加入相同量:1 U/1 mg MPDA-Au)存在下荧光恢复的动力学曲线;(d) 优化固定过程中每1 mg MPDA-Au DSN的添加量,测量100 nM miRNA-21处的荧光响应最大化;(e)固定pH条件对荧光恢复的影响,MPDA-Au的用量为1 mg(从b到f);(f)50nm 探针 (A)、MPDA-Au-DSN/探针和100 nM miRNA-21(B)、MPDA-Au/探针,miRNA-21和自由酶(C),MPDA-Au/探针和miRNA-21(D),MPDA-Au-DSN/探针(E)的荧光强度曲线。

图六.(a)DSN/T7酶切反应原理示意图;(b)MPDA-Au-DSN的荧光峰强度(520 nm处)与miRNA-21浓度(插图:20 fM-500 fM线性关系);(c)MPDA-Au-DSN对靶mi RNA-21、单碱基突变miRNA-21(SM miRNA-21)、双碱基突变miRNA-21(DM miRNA-21)、三碱基突变miRNA-21(TM miRNA-21)、Let-7a、miRNA-141和空白(不存在miRNA-21)的选择特异性;(e)MPDA-Au-T7的选择特异性;(f)固定DSN长期储存稳定性的评价;(g)MPDA-Au-DSN检测三个不同浓度(500 fM,200 fM,50 fM)miRNA-21血清样品。

【小结】

本研究通过区域选择性负载和固定化集成,开发了由负载荧光DNA探针的介孔纳米猝灭剂侧(MPDA)和固定酶的金颗粒侧组成的Janus纳米颗粒。由组装模块的结构和功能特性产生的优势如下:首先,MPDA的孔表面改善了ssDNA与异源双链的保护和差异结合亲和力,从而实现了高效的双链分离和荧光恢复;其次,Au侧的酶辅助靶物循环可诱导信号放大作用;最后,通过不对称区室化,增加对底物(从MPDA释放的异源双链体)的动力学亲和力,从而提高固定化酶的催化效率。具有协同相互作用的功能模块的传感平台展示了具有精细控制功能亚基组件的巨大潜力,为开发具有创新功能集成的纳米传感器铺平了新的道路。

【原文链接】

https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.128438