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多功能区域线性DNA Walker介导的超灵敏电化学传感器用于MicroRNA的检测

MicroRNA作为致癌基因和抑癌基因,其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,众多的方法被开发出来,然而或多或少都存在成本高、灵敏度低、耗时等问题。近日,西南大学袁若点击查看介绍、柴雅琴教授(点击查看介绍通过靶介导滚环扩增技术设计制备了一种具有大量功能区域的线性DNA walker用于构建电化学生物传感器,实现了对microRNA的超灵敏检测。


为了克服传统DNA Walker或空间位阻较大或活动范围有限的不足,该团队着眼于DNA Walker的纳米结构及电化学信号放大策略上。一方面,在策略中,通过滚环放大策略在简单高效地实现目标物信号放大效果;另一方面,将大量的功能区域富集到一条线性的DNA长链上,构建多功能区域线性DNA Walker,相比传统多臂 DNA Walker的高位阻和单臂 DNA Walker功能区域少、低行走效率,能够巧妙克服两者的不足同时又集合了两者的优势,DNA Walker拥有更小的空间位阻、更大的工作范围及更高的行走效率。


由此,该团队借助滚环扩增技术和催化发夹自组装信号放大(CHA)方法,设计了一种多功能、多区域的线性 DNA 步行器(MLDW)作为锚式单腿步行器,具有功能域局部浓度大和反应空间位阻小的优势,并将其应用于构建超灵敏电化学生物传感器,用于miRNA的快速检测。如下图所示,存在目标物miRNA-21的情况下,目标物打开发夹H1形成双链H1-miRNA-21并暴露预先封住的toehold位点使双链S1-Primer能够进一步与双链H1-miRNA-21杂交,同时释放miRNA和Primer,被释放的miRNA-21能够继续参与到下一步反应并输出引物,使目标物得以循环使用,随后引物Primer在Padlock、T4 DNA连接酶、Phi29 DNA聚合酶及dNTP的作用下进行滚环扩增反应并输出大量的MLDW,接着在Mg2+的作用下,MLDW能够快速 剪切固载在电极表面的H2发夹,使大量的标记物二茂铁从电极表面脱落,从而导致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。

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综上所述,该研究为开发功能性DNA纳米机器和核酸信号放大方法提供了一种创造性的途径,该方法所制备的多功能区域线性DNA Walker具有更小空间位阻的同时又有更大的反应域,从而具有更高的行走速率和放大效率,巧妙解决了传统DNA Walker存在的问题,在此基础上构建的电化学传感器平台也实现了对癌症目标物microRNA-21的超灵敏检测,检测限低至36 aM的同时,该DNA Walker检测所需要的工作时间也低至0.5 h。综上所述,由此,本体系所构建的电化学生物传感器具有良好的灵敏度和工作效率,为构建更加高效灵敏的电化学生物传感器提供了一种全新的思路,并能够广泛拓展到生物分子检测和临床疾病诊断分析应用之中。


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侯桐林,西南大学化学化工学院的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):

Multiregion Linear DNA Walker-Mediated Ultrasensitive Electrochemical Biosensor for miRNA Detection

Tong-Lin Hou, Liang Zhu, Xiao-Long Zhang, Ya-Qin Chai, Ruo Yuan*

Anal. Chem.2022, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c02004


导师介绍

袁若

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

柴雅琴

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


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