磁性辅助亚甲蓝嵌插扩增的双链DNA用于信号反转模式光电化学核酸适配体传感

有机染料通常作为光敏剂应用于光电化学电池中，但将有机染料用于信号反转型光电化学传感器的构建未见报道。近日，盐城工学院李红波教授课题组构建了一种新颖的亚甲蓝诱导信号反转模式光电化学生物传感器，发表在国际分析化学权威TOP杂志Analytical Chemistry 上。

图1. Exo III辅助目标物循环放大信号示意图 (A)，信号反转模式光电化学生物传感器的构建(B) 。图片来源：Anal. Chem.

到目前为止，就信号表达方式而言，几乎所有的光电化学传感器都侧重于构建信号“turn-on”或“turn-off”模式。众所周知，“turn-off”型光电化学传感器的检出限和灵敏度易受到高背景噪声的影响，更不用说其检测结果可能出现假阳性或假阴性。相对来说，“turn-on”型信号有益于提高传感器的灵敏度和准确性，但它们在排除假阳性或假阴性信号方面，仍然面临着严重的挑战，其中最大的影响来源于复杂体系内共存的氧化或还原性干扰物种。为了克服这些潜在的缺陷，李红波教授课题组运用EXO III辅助目标物循环扩增策略，在磁场辅助作用下，通过亚甲蓝嵌插扩增的双链DNA构建了信号反转模式光电化学核酸适配体传感器。通过探针ssDNA，CdTe QDs和Fe₃O₄@SiO₂组装而成的CdTe QDS-probe ssDNA-Fe₃O₄@SiO₂复合结构捕获由EXO III辅助目标物循环扩增输出的大量output DNA，进而互补配对形成CdTe QDS-dsDNA-Fe₃O₄@SiO₂，亚甲蓝(MB)嵌插后，形成了CdTe QDS-MB-dsDNA-Fe₃O₄@SiO₂复合结构，并将其用于光电流测试。运用生物功能化的超顺磁性Fe₃O₄@SiO₂富集和分离后，实现了电极的一步组装，从而构建了一个简单、稳定、信号反转型光电化学生物传感器。该传感器可用于复杂生物样品中CEA的高性能检测。

图2. CdTe QDs (A)、Fe₃O₄@SiO₂颗粒 (B) 的透射电镜图；(C) CdTe QDs的粒径统计；(D) CdTe QDs (a)、Fe₃O₄@SiO₂(b)纳米颗粒的X射线衍射光谱图。图片来源：Anal. Chem.

图3. EXO III辅助目标物循环的电泳表征。图片来源：Anal. Chem.

总之，该课题组通过在CdTe QDS-dsDNA-Fe₃O₄@SiO₂复合材料中插入MB，构建了一种新型信号反转模式光电化学生物传感器。结合EXO III辅助目标物循环扩增策略，这种独特、合理的设计有力提高了目标物的检测灵敏度。独特的信号反转模式与超顺磁性Fe₃O₄@SiO₂粒子相结合，显著提高了传感器的选择性。此外，该信号反转型光电化学生物传感器还具有设备简单、操作方便、耗时少、重现性和稳定性好等优点。鉴于平面结构亚甲蓝的氧化还原特性及其插入dsDNA的能力，这种精致的设计为构建高性能电化学或光电化学生物传感器提供了新的思路。

图4. 光电流信号反转机理图。图片来源：Anal. Chem.

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，该工作实验内容由研究生莫凡同学完成，李红波教授和李静副教授共同指导该研究生完成了本工作。

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Magnetic-Assisted Methylene Blue-Intercalated Amplified dsDNA for Polarity-Switching-Mode Photoelectrochemical Aptasensing

Fan Mo, Min Han, Xuan Weng, Yuye Zhang, Jing Li*, Hongbo Li*

Anal. Chem., 2021, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04521