基于高熵合金纳米催化和靶标DNA循环的双信号放大技术用于人血清中HPV-16/18的超灵敏检测

本文报道了一种用于HPV-16/18超灵敏检测的电化学DNA生物传感器。该传感器通过高熵合金纳米颗粒（AlCrMnZnAu0.1-HEA）催化和基于toehold介导的链置换反应（SDA）的靶标DNA循环实现双重信号放大，展现出极高的灵敏度（检测限达2.9×10-19 M）和宽广的线性范围（10-18至10-13 M），为宫颈癌的精准预防提供了强大的床旁诊断（POCT）工具。

　　

亮点

碱基序列

HPV-16 (5′-TCTGAAGATATGGCAGCACATAATGAC-3′), HPV-18 (5′-GATCCAGAAGGT ACAACAGACGGGGAGGGCACG-3′), 三嵌段聚腺嘌呤发夹探针H1 (5′-TCCGCCAGATT CACACCTTCTGGATCAAAAAAAAAACATATCTTCAGATTGCGATGTCTGATCTTACA-3′), H2探针 (5′-GGTTCTTTGCGAGCTATGATCGCAATCTGAAGATATG-SH-3′), 二茂铁标记的H3探针 (5′-Fc-GATCCAGAA GGTACAAATGCTGTACGAA-SH-3′), 单碱基错配的HPV-16 (HPV-16-m1, 5′-TCTGAAGATATGGTAGCACATAATGAC-3′), 双碱基错配的HPV-16 (HPV-16-m2, 5′-TCTGAAGATATCGTAGCACATAATG AC-3′), 单碱基错配的HPV-18 (HPV-18-m1, 5′-GATCCAGAAGGT ACAACAGACGGGGAGGGCATG-3′), 双碱基错配的HPV-18 (HPV-18-m2, 5′-GATCCAGAAGGT ACAACAGACGGGGAGGTCACG-3′), 非互补DNA链 (5′-CACCGTCGACCTGCAGGCATGCAAGCT-3′) 均由上海生工生物工程股份有限公司合成。所有寡核苷酸序列均使用超纯水溶解并储存于-20°C冰箱备用。

FH/BN-GQD和AlCrMnZnAu_0.1-HEA的设计与合成

图1展示了FH/BN-GQD和AlCrMnZnAu_0.1-HEA的合理设计与合成路线。FH/BN-GQD是通过柠檬酸、叶酸、组氨酸和硼酸的热解整合而设计的，具备双重功能：在水相中合成轻质高熵合金（HEA），同时增强电化学生物传感性能。柠檬酸驱动碳化过程，而叶酸和组氨酸则提供了富含O/N的大环螯合位点，用于配位金属离子（Al³⁺, Cr³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Au³⁺），并通过π-π堆积和氢键作用锚定在硼氮掺杂石墨烯量子点（BN-GQD）表面。这种精心设计的结构促进了金属前驱体在纳米尺度上的均匀分布，并通过后续的NaBH₄还原，一步法原位形成了单相面心立方结构的AlCrMnZnAu_0.1-HEA纳米颗粒。该高熵合金纳米酶（HEA）展现出卓越的稳定性、优化的电子结构以及非凡的催化活性——其催化性能超越基准金纳米颗粒（AuNP）达6.8倍。

结论

本研究开创性地提出了一种结合几何放大与催化放大的双信号放大电化学DNA生物传感器，用于人血清中HPV-16/18的超灵敏检测。该系统巧妙地将toehold介导的几何循环放大与通过配位驱动合成的AlCrMnZnAu_0.1-HEA催化剂相结合，该催化剂以叶酸和组氨酸功能化的硼氮掺杂石墨烯量子点（FH/BN-GQD）为模板。在水相组装过程中，原子轨道杂交产生了比金纳米颗粒（AuNPs）高6.8倍的催化活性。