Abstract Cytokeratin fragment antigen 21-1 (CYFRA 21-1) DNA is a significant biomarker with relation to non-small cell lung cancer. Here, we described an ultrasensitive electrochemical biosensor for detection of CYFRA 21-1 DNA (target DNA, tDNA) via surface-initiated reversible addition fragmentation chain transfer (SI-RAFT) polymerization-based DNA metallization signal amplification strategy. Specifically, 5′terminal modified thiol peptide nucleic acid (PNA) probes are immobilized on the gold electrode surface (by Au-S selfassembly) for the identification of specific tDNA sequences. After hybridization, the 4-cyano-4-(phenylcarbonothioylthio) pentanoic acid (CPAD) is tethered to the PNA/DNA duplexes by means of the recognized phosphate-Zr4+-carboxylate chemistry. Subsequently, in the situation of C3H4O as the monomer, SI-RAFT polymerization can bring numerous aldehyde groups sites for the subsequent silver mirror reaction. The acrolein-polymers act as reductant to reduce Ag+ into Ag0, and then the silver particles are deposited on the polymer skeleton, which significantly amplifies the electrochemical signal. Under optimal conditions, the designed sensor for tDNA detection show a wide linear range from 100 aM to 1 nM, and the detection limit is as low as 0.89 aM. Moreover, the proposed biosensor exhibits prominent applicability for analysis of tDNA in serum samples and high selectivity for different mismatched oligonucleotide fragments. Given the proposed biosensor without extra natural enzyme or bio-labels, this method has enormous potential in bioanalysis.

中文翻译：

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通过基于 SI-RAFT 的原位金属化信号放大对 CYFRA 21-1 DNA 进行超灵敏检测

摘要 细胞角蛋白片段抗原 21-1 (CYFRA 21-1) DNA 是与非小细胞肺癌相关的重要生物标志物。在这里，我们描述了一种超灵敏电化学生物传感器，用于通过基于表面引发的可逆加成断裂链转移 (SI-RAFT) 聚合的 DNA 金属化信号放大策略检测 CYFRA 21-1 DNA（目标 DNA，tDNA）。具体而言，将 5' 端修饰的硫醇肽核酸 (PNA) 探针固定在金电极表面（通过 Au-S 自组装），用于识别特定的 tDNA 序列。杂交后，4-氰基-4-（苯基碳硫酰硫基）戊酸 (CPAD) 通过公认的磷酸盐-Zr4+-羧酸盐化学连接到 PNA/DNA 双链体。随后，在以 C3H4O 为单体的情况下，SI-RAFT聚合可为后续的银镜反应带来众多醛基位点。丙烯醛聚合物作为还原剂将Ag+还原为Ag0，然后银粒子沉积在聚合物骨架上，显着放大了电化学信号。在最佳条件下，设计的 tDNA 检测传感器显示出从 100 aM 到 1 nM 的宽线性范围，检测限低至 0.89 aM。此外，所提出的生物传感器在分析血清样品中的 tDNA 方面表现出突出的适用性，并对不同的错配寡核苷酸片段具有高选择性。鉴于所提出的生物传感器没有额外的天然酶或生物标记，这种方法在生物分析中具有巨大的潜力。丙烯醛聚合物作为还原剂将Ag+还原为Ag0，然后银粒子沉积在聚合物骨架上，显着放大了电化学信号。在最佳条件下，设计的 tDNA 检测传感器显示出从 100 aM 到 1 nM 的宽线性范围，检测限低至 0.89 aM。此外，所提出的生物传感器在分析血清样品中的 tDNA 方面表现出突出的适用性，并对不同的错配寡核苷酸片段具有高选择性。鉴于所提出的生物传感器没有额外的天然酶或生物标记，这种方法在生物分析中具有巨大的潜力。丙烯醛聚合物作为还原剂将Ag+还原为Ag0，然后银粒子沉积在聚合物骨架上，显着放大了电化学信号。在最佳条件下，设计的 tDNA 检测传感器显示出从 100 aM 到 1 nM 的宽线性范围，检测限低至 0.89 aM。此外，所提出的生物传感器在分析血清样品中的 tDNA 方面表现出突出的适用性，并对不同的错配寡核苷酸片段具有高选择性。鉴于所提出的生物传感器没有额外的天然酶或生物标记，这种方法在生物分析中具有巨大的潜力。设计的 tDNA 检测传感器显示出从 100 aM 到 1 nM 的宽线性范围，检测限低至 0.89 aM。此外，所提出的生物传感器在分析血清样品中的 tDNA 方面表现出突出的适用性，并对不同的错配寡核苷酸片段具有高选择性。鉴于所提出的生物传感器没有额外的天然酶或生物标记，这种方法在生物分析中具有巨大的潜力。设计的 tDNA 检测传感器显示出从 100 aM 到 1 nM 的宽线性范围，检测限低至 0.89 aM。此外，所提出的生物传感器在分析血清样品中的 tDNA 方面表现出突出的适用性，并对不同的错配寡核苷酸片段具有高选择性。鉴于所提出的生物传感器没有额外的天然酶或生物标记，这种方法在生物分析中具有巨大的潜力。