袁若&罗细亮Anal. Chem.：DNA四面体纳米结构固定的3D DNA Walker用于MiRNA的快速和超灵敏电化学检测！

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研究内容

近日，西南大学袁若教授和青岛科技大学罗细亮教授通过直接限制反应空间，开发了一种具有高步行效率的巧妙的三维（3D）DNA步行器（IDW），用于快速和灵敏地检测miRNA。与传统的DNA助行器相比，由DNA四面体纳米结构（DTN）固定的IDW由于其改进的局部浓度和空间限制效应，带来了更强的动力学和热力学优势，同时具有相当快的反应速度和更好的步行效率。IDW在30分钟内显示出高达9.33×108的转化效率，反应速度快得多，至少是典型DNA步行者的5倍。IDW作为DNA纳米机器被用来构建一个检测限为19.8 aM的快速miRNA-21检测的敏感传感平台，实现了对癌症细胞总RNA裂解物中生物标记物miRNA-21的高灵敏度检测。相关工作以“High-Efficiency 3D DNA Walker Immobilized by a DNA Tetrahedral Nanostructure for Fast and Ultrasensitive Electrochemical Detection of MiRNA”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

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研究要点

要点1.作者将具有鲁棒性和弱表面诱导扰动的DNA四面体纳米结构（DTN）用作电极界面上的锚，以及癌症生物标记物miRNA-21快速、高灵敏度检测的转化效率。制备IDW（A部分）和DTN（B部分）并与电极表面连接。然后，由DNA保护链（PS）保护的IDW可以被靶miRNA-21（T）快速激活，以释放双链T-PS；然后，DNA燃料链（FS）可以进一步与双链T-PS杂交以形成双链FS-PS并释放靶miRNA-21。释放的目标可以参与下一个反应并激活更多的IDW。随后，DNA酶首先通过互补的Watson−Crick碱基配对识别目标序列，然后在催化核心周围的溶液中招募Mg2+。在结合时，RNA碱基切割（DNA底物中的rA）在具有最高活性水平的预定义嘌呤-嘧啶连接处发生。因此，在Mg2+的帮助下，具有许多激活步行腿的IDW可以不断识别和切割亚甲蓝（MB）标记的发夹DNA（H），随后是MB释放。电极信号明显降低。

要点2.IDW在30分钟内显示出高达9.33×108的转化效率，反应速度快得多，至少是典型DNA步行者的5倍。IDW可以轻松解决传统DNA步行者的固有挑战：步行速度慢、效率低。

要点3.IDW作为DNA纳米机器被用来构建一个检测限为19.8 aM的快速miRNA-21检测的敏感传感平台，实现了对癌症细胞总RNA裂解物中生物标记物miRNA-21的高灵敏度检测。

该策略有助于设计一种通用的核酸转换和信号放大方法，用于生物传感分析、DNA纳米技术和临床诊断领域的实际应用。

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研究图文

图1.（A）Au NPs和（B）复合Au NPs-DS-PS的TEM；（B）Au NPs和（D）复合Au NPs-DS-PS的直径。

图2.（A）不同DNA的示意图：IDW、C-Walker、S-Walker和IS-Walker；（B）基于不同DNA步行者（IDW、S-Walker、C-Walker、IS Walker和IC Walker）的生物传感器的时间-电流响应（双链DS-PS:2μM、H:2μM，DTN:500 nM，IS Walker中的S-12T-PS：2 μM，IC Walker中A17-SH：500 nM，用于Walker激活的miRNA-21：1 nM）。

图3.（A）生物传感平台在不同浓度下对链H的SWV电流响应：（A）50 nM，（b）0.1 μM，（c）0.2 μM；和（B）SWV峰值电流对c（c：H浓度）的校准图。

图4.（A）传感平台的再现性（100 pM miRNA-21），n=3。误差条，平均值±SD。（B）电化学生物传感平台的特异性：（a）空白样品，（B）miRNA-141（10 nM），（c）miRNA-155（10 nM），（d）let-7a（10 nM），（e）miRNA-21（100 pM），和（f）混合样品，n=3。误差条，平均值±SD（P值使用Student T检验计算。*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001）。（C）开发的传感平台的稳定性（100 pM miRNA-21，n=20）。

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文献详情

High-Efficiency 3D DNA Walker Immobilized by a DNA Tetrahedral Nanostructure for Fast and Ultrasensitive Electrochemical Detection of MiRNA

Xiao-Long Zhang, Sha-Sha Li, Yi-Jia Liu, Wei-Wei Liu, Ling-Qi Kong, Ya-Qin Chai, Xi-Liang Luo,* Ruo Yuan*

Anal. Chem.

DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04847

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