目标触发三维DNA步行机联合核酸外切酶III辅助电化学比率生物传感器超灵敏检测外泌体

外泌体是细胞外囊泡，大小分布为30-100 nm。很多细胞都可以分泌外泌体，包括癌细胞、上皮细胞和白细胞等。其存于各种体液中，包括血液、唾液、尿液和乳汁。外泌体可以携带大量来源于母细胞的分子信息（核酸、蛋白质和脂质），并通过细胞膜融合将这些信息传递给受体细胞。研究表明，肿瘤相关的外泌体有助于肿瘤的转移、发展和免疫调节。由于外泌体在采集时具有损伤小的优点，因而被认为在癌症液体活检中具有巨大的潜力。传统的外泌体分析方法有免疫蛋白印迹和酶联免疫吸附法。然而这些方法存在需要大量样品、灵敏度低、操作时间长等缺点。而纳米粒子追踪法缺乏特异性。由于外泌体在癌症早期的浓度相对较低，因此开发灵敏的检测方法具有重要意义。近年来，一些新的外泌体检测方法得到了应用，如表面增强拉曼散射、表面等离子体共振、荧光、比色法、电化学等。

近日，青岛科技大学张晓茹团队开发了目标触发三维DNA步行机联合核酸外切酶III辅助的电化学比率生物传感器。DNA步行器可以在核酸内切酶、DNA辅酶、循环链置换驱动下沿着设计好的寡核苷酸轨道自主移动。随着步行器的运动，由轨道破坏产生的单链DNA被释放。将DNA步行器应用于外泌体的识别中，可以释放大量单链DNA用于信号放大。另外电化学分析具有高灵敏度，便携性和低成本的优点。而电化学比率检测具有降低背景干扰，提高检测准确性及灵敏度的优点。将DNA步行器与比率型电化学分析相结合，则可以扩展DNA步行器的应用。在DNA适配体的辅助下，该团队利用外泌体触发的三维DNA步行机联合核酸外切酶III辅助电化学比率生物传感器对外泌体进行超敏检测。在最佳条件下，检测限为1.3×10⁴particles/mL，并具有良好的选择性。此外，实验还验证了在人血样中检测外泌体的临床应用。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是青岛科技大学硕士研究生赵丽，通讯作者为张晓茹教授。该研究得到国家自然科学基金项目（21775080）的资助。

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Ultrasensitive Detection of Exosomes by Target-Triggered Three-Dimensional DNA Walking Machine and Exonuclease III-Assisted Electrochemical Ratiometric Biosensing

Li Zhao, Ruijiao Sun, Peng He, Xiaoru Zhang*

Anal. Chem., 2019, 91, 14773−14779, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04282

张晓茹教授简介

张晓茹，教授，博士生导师。2003年博士毕业于中国海洋大学。主要从事纳米复合材料的制备及生物传感器的研究。作为项目负责人承担国家自然科学基金三项。获山东省高校科研成果二等奖1项，三等奖1项。近年作为第一作者或通讯作者在Chem. Sci., Anal. Chem., Chem. Commun., Appl. Mater. Interfaces, Biosens. Bioelectron. 等期刊发表SCI论文30余篇。作为第一发明人授权国家发明专利两项。