基于拉伸态DNA三棱柱的电化学生物传感器实现microRNA的快速灵敏检测

本刊推荐：研究者开发了一种基于拉伸态DNA三棱柱捕获探针（TPCP）的电化学传感器，用于快速、高灵敏检测miR-21。该探针通过一步自组装形成，结构稳定、刚性高，可显著提升杂交效率和电极表面利用率，实现在40分钟内达到37.97 aM的检测限（LOD），并具备优异的准确性与稳定性，为癌症早期诊断提供新策略。

　　

Chemicals, reagents, and apparatus

过硫酸铵（APS）、铁氰化钾三水合物（K₄Fe(CN)₆）、双丙烯酰胺（30%）、N,N,N′,N′-四甲基乙二胺（TEMED）、GelRed核酸染料、铁氰化钾（K₃Fe(CN)₆）、氯仿、磷酸氢二钾（KCl）、氯化钠（NaCl）以及无RNase水购自上海麦克林生化有限公司。三(2-羧乙基)膦盐酸盐（TCEP）、6-巯基乙醇（MCH）和0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS：1.37 mM NaCl，2.7 mM KCl，10 mM Na₂HPO₄，2 mM KH₂PO₄，pH 7.4）购自Sigma-Aldrich（美国）。所有DNA和RNA序列由生工生物工程（上海）股份有限公司合成，详细序列见表S1。实验中使用的所有试剂均为分析纯，所有溶液均使用超纯水（18.2 MΩ·cm）配制。

Working principle of the triangular prism biosensor

本研究利用拉伸态TPCP开发了一种miR-21电化学生物传感器（如Scheme 1所示）。首先，通过四条单链DNA（ssDNA）的特异性杂交和一步自组装形成DNA三棱柱结构。当荧光团位于金属纳米颗粒5–90 nm范围内时，其荧光强度可通过金属增强荧光（MEF）效应显著增强；但若距离小于5 nm，荧光强度则会急剧下降。基于此现象，我们通过调整三棱柱边缘长度，筛选出可实现顶部ssDNA拉伸状态的结构，从而缩短目标miRNA杂交时间并显著提高杂交效率。

Conclusions

总而言之，我们开发了一种基于拉伸态DNA TPCP的电化学生物传感器，用于实现超快速、高灵敏的miR-21检测。该拉伸态TPCP仅通过四条ssDNA一步组装完成，具有合成简便、结构稳定和机械刚性高等优点。其在顶部的三个ssDNA捕获位点处于拉伸状态，可有效缩短与目标miRNA的杂交时间，并显著提升检测灵敏度。