早期的miRNA檢測(cè)方法有RNA印跡法、逆轉(zhuǎn)錄PCR法、微陣列法等。盡管這些方法具有一定的靈敏度，但也存在一些缺陷，如成本高、操作復(fù)雜等。為實(shí)現(xiàn)生物分子的高靈敏檢測(cè)，催化發(fā)夾自組裝 (CHA) 和雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (HCR) 等生物信號(hào)擴(kuò)增技術(shù)也被集成至多種信號(hào)表達(dá)的傳感器中。鑒于CHA和HCR信號(hào)放大是通過(guò)DNA堿基對(duì)形成時(shí)釋放的自由能驅(qū)動(dòng)，且需要消耗大量DNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)，這些導(dǎo)致反應(yīng)體系對(duì)環(huán)境條件相對(duì)敏感，且容易發(fā)生非特異性結(jié)合。此外，發(fā)夾型DNA鏈的打開(kāi)過(guò)程是一個(gè)可逆的過(guò)程，從而限制了其在復(fù)雜生物系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了克服這些缺陷，近年來(lái)，熵驅(qū)動(dòng)信號(hào)擴(kuò)增體系激起了科學(xué)家們濃厚的研究興趣。其采用多鏈復(fù)合結(jié)構(gòu)而不是DNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)，確保堿基對(duì)數(shù)在放大過(guò)程中保持不變，這種熵驅(qū)動(dòng)策略有助于降低信號(hào)放大體系每個(gè)步驟的可逆性。其獨(dú)特的熵增機(jī)制，不僅提高了反應(yīng)效率，也提高了傳感器的檢測(cè)靈敏度。與上述發(fā)夾型DNA基信號(hào)擴(kuò)增策略相比，熵驅(qū)動(dòng)DNA電路還具有較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的特異性識(shí)別能力。此外，它還可以根據(jù)特定靶標(biāo)靈活設(shè)計(jì)。

圖 1. 基于超順磁納米結(jié)構(gòu)耦合熵驅(qū)動(dòng)DNA電路的光電化學(xué)生物傳感器示意圖。

基于熵驅(qū)動(dòng)DNA電路和信號(hào)表達(dá)的分離，有課題組開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)潔而穩(wěn)健的miRNA-122光電化學(xué)傳感器。低豐度miRNA-122可以**地觸發(fā)熵增驅(qū)動(dòng)的DNA分子機(jī)器工作體系，通過(guò)超順磁Fe3O4@SiO2-probe DNA可以識(shí)別和快捷提取大量輸出的output DNAs。由此產(chǎn)生的Fe3O4@SiO2-probe DNA-output DNA復(fù)合物基于Watson-Crick堿基配對(duì)規(guī)則進(jìn)一步捕捉CdTe-signal DNA。只有在miRNA-122存在的情況下，釋放的output DNAs才能起到橋梁作用，促進(jìn)Fe3O4@SiO2-probe DNA-output DNA-signal DNA-CdTe復(fù)合物的形成。該復(fù)合物可以通過(guò)外部磁力提取，導(dǎo)致瓶中CdTe-signal DNAs成比例減少，進(jìn)而降低光電流。生物功能化Fe3O4@SiO2粒子磁分離可實(shí)現(xiàn)一步電極組裝程序，從而構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)潔、穩(wěn)健分子識(shí)別與檢測(cè)相分離的分裂模式光電化學(xué)生物傳感器。該傳感器可用于復(fù)雜生物樣品中miRNA-122的高性能檢測(cè)。

圖2. (A) Fe3O4、(B) Fe3O4@SiO2和(C) CdTe 粒子的 HRTEM 圖像。(D) (a) Fe3O4、(b) Fe3O4@SiO2和(c) CdTe粒子X射線衍射光譜。

圖3. 熵驅(qū)動(dòng)DNA電路的電泳表征

圖4. miRNA-122光電化學(xué)傳感器的定量分析、穩(wěn)定性和抗干擾性測(cè)試。

該傳感器的設(shè)計(jì)中除了采用了尺寸均一、單分散的功能納米材料外，這種簡(jiǎn)潔的策略還避免了傳統(tǒng)電極的層層組裝修飾步驟和多次電極沖洗步驟，使得該光電化學(xué)生物傳感器具有**的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。此外，獨(dú)特的熵驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大策略和絕緣體Fe3O4@SiO2與光電流信號(hào)讀取的蓄意分離使得miRNA-122光電化學(xué)生物傳感器更加靈敏。

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zzj 2021.3.12