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。

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