基于新型硫量子点和高效DNA步行器放大策略构建电致化学发光生物传感器实现microRNA灵敏检测

电化学化学发光（ECL）结合了电化学和化学发光技术的特点，具有低背景、高选择性、低检测限和宽响应范围的优点，并且具有近红外ECL发射的材料由于其良好的组织穿透性、可忽略背景干扰和低光化学损伤，在生物医学和诊断领域引起了越来越多的关注。量子点由于其量子尺寸效应、优异的磁性和良好的光电性能，在生物标记、抗菌药物、发光二极管和显示器等领域的应用极为广泛。然而，含重金属的量子点由于潜在毒性和环境危害而限制了它们的应用。因此，近年来，研究人员致力于寻找无毒或无重金属的量子点，特别是一些纯元素的量子点，如碳、硅、磷和硫。在已报道的纯元素量子点中，硫量子点（SQDs）因其良好的水分散性、低毒性、优异的化学性能和良好的生物活性而越来越受到关注。然而，到目前为止，关于SQDs的ECL性能的文献报道却很少。

MicroRNAs (miRNAs)是一种微观而丰富的非编码RNA，其异常表达与许多疾病有关，因此对miRNAs的超敏检测仍有很高的要求。为了提高检测灵敏度，核酸扩增策略被广泛应用，包括链置换扩增（SDA）、催化发夹组装（CHA）、环介导等温扩增（LAMP）等。同时，DNA行走机的构建也是提高检测灵敏度的有效途径。

最近，西南大学袁若（点击查看介绍）团队通过改变硫量子点的大小和分散性来探索ECL的性能。研究发现，块状的硫点（S dots）ECL性能较差，而用H₂O₂蚀刻S dots后得到的SQDs具有优异的近红外ECL性能。原因是H₂O₂改变了S dots的尺寸，使其更加分散，削弱了聚集诱导猝灭效应，且刻蚀改变了SQDs表面状态，明显提高了ECL性能。并且该团队还基于此材料作为发光体，结合一种新颖高效的DNA步行器作为信号放大，构建了一种超灵敏检测癌症标志物miRNA-21的生物传感器。如下图所示，该传感器具有以下特点：首先，以SQDs作为发光体可以得到一个较高的初始信号；其次，可以通过双特异性核酸酶（DSN）的辅助实现目标物循环扩增过程；最后，与普通的基于单链或者双链的DNA步行器相比，该团队设计的高效的DNA步行器以DNA三链体作为轨道，克服了探针缠绕和潜在空间位阻效应等缺点，显著提高了步行器的行走效率，明显增强了信号放大效率，可以极大地提高生物传感器的灵敏度。

因此，设计的ECL生物传感器在20 aM到1 nM的浓度范围内对于miRNA-21表现出了优异的检测性能，且检测限为6.67 aM。值得注意的是，这项工作丰富了纯元素量子点在ECL领域的应用，为临床和生化分析的超敏检测提供了新的途径。

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琳蕾，西南大学化学化工学院的王海军、袁若教授为通讯作者。相关研究工作得到国家自然科学基金委的支持。

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）：

Ultrasensitive Electrochemiluminescence Biosensor Using Sulfur Quantum Dots as Emitter and an Efficient DNA Walking Machine with Triple-Stranded DNA as Signal Amplifier

Linlei Liu, Yue Zhang, Ruo Yuan*, Haijun Wang*

Anal. Chem., 2020, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c03311

导师介绍

袁若

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