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中科院苏州医工所缪鹏课题组 Nano Lett.: CRISPR响应的DNA水凝胶体系用于纳米碰撞电化学传感
2023-11-20  来源:高分子科技

  纳米碰撞电化学可以以简单、快速、高通量的方式实现生物偶联与生物分子识别,近年来在分析各种单一生物待测物方面取得了重要进展。然而,由于纳米颗粒在电极表面的有效碰撞频率较低,基于该技术的传感策略灵敏度需要进一步提升,迫切需要探索有效的信号放大策略。



  近期,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所缪鹏研究员课题组提出了一种新型纳米碰撞电化学传感策略通过CRISPR响应的DNA水凝胶和级联DNA链置换信号放大,在丝网印刷电极表面进行miRNA的无标记检测(图1)。银纳米颗粒扩散到电极表面时可以通过电化学氧化产生法拉第电流信号,电极表面金层和多硫化物层的修饰增强了银氧化动力学,提高了纳米颗粒的碰撞频率(图2)。为了避免干扰和惰性黏附,银纳米颗粒被包封在DNA水凝胶中。在目标miRNA存在的情况下,通过链置换聚合与催化发卡组装两步信号放大获得了包含原间隔相邻基序(PAM)的双链DNA。该序列可以激活CRISPR/Cas12,反式切割DNA水凝胶中的连接单链导致凝胶到流体的相变,从而释放银纳米颗粒。三重信号放大策略显著提高了纳米颗粒的有效碰撞频率,对miR-141的检测限低至4.21 aM。此外,该方法通过碰撞频率进行靶标的量化克服了电流波动和纳米颗粒异质性的干扰,并在实际应用中表现出高度特异性和稳定性(图3)。这项研究在核酸传感方面具有广泛的适用性,为开发无固定化和无标记的纳米电化学传感提供了新的见解。该工作以“Nano-Impact Electrochemical Biosensing Based on a CRISPR-Responsive DNA Hydrogel”为题发表在《Nano Letters》上。文章第一作者是中国科学技术大学博士研究郭嘉荣。该研究得到江苏省杰出青年自然科学基金项目的支持。 


纳米碰撞电化学策略用于miRNA检测示意图 


丝网印刷电极的修饰和银纳米颗粒的电化学碰撞A)多硫化物层的修饰B)不同修饰电极的循环伏安图C)不同修饰电极上的电化学碰撞信号D)银纳米颗粒的电化学碰撞响应。
 

3A)不同浓度miR-141 i-t曲线B)碰撞频率与miR-141浓度对数的线性关系C)传感策略的选择性研究D)标准缓冲液、人血清和细胞样本加标miRNA检测结果。


  原文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.3c03448

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(责任编辑:xu)
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