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中科院蘇州醫工所繆鵬課題組 Nano Lett.: CRISPR響應的DNA水凝膠體系用于納米碰撞電化學傳感

2023-11-20 來源：高分子科技

納米碰撞電化學可以以簡單、快速、高通量的方式實現生物偶聯與生物分子識別，近年來在分析各種單一生物待測物方面取得了重要進展。然而，由于納米顆粒在電極表面的有效碰撞頻率較低，基于該技術的傳感策略靈敏度需要進一步提升，迫切需要探索有效的信號放大策略。

近期，中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所繆鵬研究員課題組提出了一種新型納米碰撞電化學傳感策略：通過CRISPR響應的DNA水凝膠和級聯DNA鏈置換信號放大，在絲網印刷電極表面進行miRNA的無標記檢測（圖1）。銀納米顆粒擴散到電極表面時可以通過電化學氧化產生法拉第電流信號，電極表面金層和多硫化物層的修飾增強了銀氧化動力學，提高了納米顆粒的碰撞頻率（圖2）。為了避免干擾和惰性黏附，銀納米顆粒被包封在DNA水凝膠中。在目標miRNA存在的情況下，通過鏈置換聚合與催化發卡組裝兩步信號放大獲得了包含原間隔相鄰基序（PAM）的雙鏈DNA。該序列可以激活CRISPR/Cas12，反式切割DNA水凝膠中的連接單鏈導致凝膠到流體的相變，從而釋放銀納米顆粒。三重信號放大策略顯著提高了納米顆粒的有效碰撞頻率，對miR-141的檢測限低至4.21 aM。此外，該方法通過碰撞頻率進行靶標的量化克服了電流波動和納米顆粒異質性的干擾，并在實際應用中表現出高度特異性和穩定性（圖3）。這項研究在核酸傳感方面具有廣泛的適用性，為開發無固定化和無標記的納米電化學傳感提供了新的見解。該工作以“Nano-Impact Electrochemical Biosensing Based on a CRISPR-Responsive DNA Hydrogel”為題發表在《Nano Letters》上。文章第一作者是中國科學技術大學博士研究生郭嘉榮。該研究得到江蘇省杰出青年自然科學基金項目的支持。

圖1 納米碰撞電化學策略用于miRNA檢測示意圖

圖2 絲網印刷電極的修飾和銀納米顆粒的電化學碰撞：（A）多硫化物層的修飾；（B）不同修飾電極的循環伏安圖；（C）不同修飾電極上的電化學碰撞信號；（D）銀納米顆粒的電化學碰撞響應。

圖3（A）不同濃度miR-141 的i-t曲線；（B）碰撞頻率與miR-141濃度對數的線性關系；（C）傳感策略的選擇性研究；（D）標準緩沖液、人血清和細胞樣本的加標miRNA檢測結果。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.3c03448

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（責任編輯：xu）

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