西南大学袁若团队Anal. Chem.多个识别区域的环状DNA Walker的电化学传感器

通讯作者：袁若；柴雅琴

通讯单位：西南大学

DNA用于构建DNA walker被广泛应用于分子传感、生物成像和药物输送等领域，通常通过切割核酸内切酶、脱氧核糖核酸酶或链置换来操纵特定的DNA（walking leg）以实现自主移动。传统的沿着一维轨道或二维表面行走的DNA walker存在两个关键挑战：第一，有限长度的步行腿使DNA walker容易从轨道上脱轨并在局部耗尽导致行走检测效果不理想。其次，单一识别位点的DNA walker阻碍了目标物与其之间的有效碰撞。因此，迫切需要创新一种特殊的DNA walker实现具有多个识别区域的无限制行走来克服这些问题。

近日，西南大学袁若教授和柴雅琴教授团队设计了一种由DNA三路连接(TWJ) 介导的三个识别区域的环状DNAWalker，被用于快速、灵敏地电化学检测与多种癌症密切相关的miRNA-182-5p。相关工作以“DNA Three-Way Junction with Multiple Recognition Regions Mediated an Unconfined DNA Walker for Electrochemical Ultrasensitive Detection of miRNA-182-5p”为题发表在Analytical Chemistry上。

图1. 用于检测miRNA-182-5p的制备的电化学生物传感器的示意图：（A）TWJ介导的环状DNA Walker的组装和（B）电化学生物传感器和信号响应的构建。

详细地，首先将DNA单链重组成TWJ，识别区域锁定在发夹茎中。一旦引入目标miRNA-182-5p，TWJ上的发夹可以连续打开，形成一个环形DNA Walker，暴露三个识别序列。与传统DNA步行器相比，它可以在电极表面的整个范围内行走，而不受DNA步行器腿长度的限制，大大提高了步行效率。此外，这种具有多重识别片段的DNA步行器可以明显增加识别位点的局部浓度，从而显着提高检测速度和灵敏度。

这种以环状DNA作为助行器的生物传感器可以灵巧地实现miRNA-182-5p从0.1 fM到1 nM的超灵敏和快速检测，检测限为31.13 aM。该策略提供了一种独特的途径，可以为无限制的DNAWalker创新设计纳米结构，用于超灵敏和快速检测生物标志物，并在疾病的临床诊断中具有巨大潜力。

图2. (A)在(a)0 fM、(b)0.1fM、(c)1 fM、(d)10 fM、(e)100fM、(f)1 pM、(g)10pM、(h)100 pM和(i)1 nM时，miRNA-182-5p生物传感器的SWV响应。(B)I与lgCmiRNA-182-5p的相应校准图。误差线，SD，n=3。

参考文献：

Yuanyuan Chang, Sai Xu, Yunrui Li, Wenxi Hu, Hang Li, Ruo Yuan, Yaqin Chai, DNA Three-Way Junction with Multiple Recognition Regions Mediated an Unconfined DNA Walker for Electrochemical Ultrasensitive Detection of miRNA-182-5p, Anal. Chem. 2021, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c02668.

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