基于DNA门控金属有机框架与等温扩增的新型电化学生物传感器用于灵敏检测病原体基因

本文报道了一种集成DNA门控金属有机框架（MOFs）与滚环扩增（RCA）技术的新型电化学生物传感器，以金黄色葡萄球菌（S. aureus）的SaeRS双组分系统（TCS）致病基因为检测靶点。该平台利用MOFs作为亚甲基蓝（MB）的纳米载体，通过RCA产物触发孔道开启释放信号分子，实现了1.89 fM的超低检测限和1 pM–10 nM的宽线性范围，为食品安全监测和临床诊断提供了高效、便携的分子诊断新策略。

　　

¹结果与讨论¹

我们设计的基于金属有机框架（MOFs）的超灵敏金黄色葡萄球菌电化学生物传感器工作原理如方案1所示。首先，我们设计了一个与金黄色葡萄球菌靶基因特定序列互补的环状模板（CT）。随后，在dNTPs和phi29 DNA聚合酶的协助下，启动滚环扩增（RCA）反应。在我们的设计中，由Zr⁴⁺和2-氨基对苯二甲酸构成的MOFs被用作亚甲基蓝（MB）的纳米载体。通过杂交的封堵DNA将MB分子限制在MOFs的多孔结构内。当RCA反应产生长的、重复的DNA产物时，这些产物会竞争性地置换封堵DNA，从而打开MOFs的"大门"，释放出MB分子。被释放的MB扩散到电极表面，产生显著增强的电化学信号。这种将RCA的高效信号放大能力与MOFs卓越的载货能力相结合的策略，实现了对靶基因的超灵敏检测。

¹结论¹

总而言之，我们成功开发了一种基于DNA门控金属有机框架（MOFs）和滚环扩增（RCA）技术的电化学生物传感器。该方法即使对于低浓度的分析物也能产生强大的信号。MOFs的高孔隙结构用于容纳信号分子，以及信号源的可控释放，进一步提高了检测的灵敏度。所提出的生物传感器实现了对金黄色葡萄球菌（S. aureus）致病基因的灵敏检测，检测限低至1.89 fM，动态范围覆盖1 pM至10 nM。该平台具有模块化和灵活性，只需改变探针序列即可适应检测多种不同靶标。这项工作不仅为金黄色葡萄球菌的检测提供了一种新方法，也建立了一个具有广泛应用前景的生物传感平台，在食品安全监测和临床诊断领域展现出巨大潜力。