基于双放大DNA电路原位猝灭光电化学生物传感器用于HeLa细胞端粒酶活性检测

本研究创新性地构建了一种原位猝灭光电化学（PEC）生物传感器，通过端粒酶活性触发熵驱动催化（EDC）与杂交链式反应（HCR）的双重放大DNA电路，实现了对HeLa细胞端粒酶活性的超灵敏检测。采用锌基金属有机框架（Zn-MOFs）作为光敏材料，MnO2纳米花（NFs）催化抗坏血酸（AA）生成AA+，通过原位消耗电子供体显著降低PEC响应，检测限低至18 cells/mL，为肿瘤早期诊断提供了新策略。

　　

Section snippets

Synthesis of Zn-MOFs

参照文献[40]并稍作修改进行Zn-MOFs的合成：依次将35 μL N,N-二乙基乙二胺(DEAEA)、14.3 mg Zn(NO₃)₂·6H₂O和20 mg 9,10-二(对羧基苯基)蒽(DPA)完全溶解于3 mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中。超声处理30分钟后，将混合物密封于聚四氟乙烯内衬高压釜中，120°C加热12小时。随后以7000 rpm转速离心获得产物。

Characterizations of nanomaterials

鉴于金属有机框架(MOFs)优异且稳定的光电特性，本研究采用Zn-MOFs作为光活性材料构建PEC生物传感器。合成过程中直接以DPA作为光电材料与有机配体，Zn²⁺作为中心金属离子。通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Zn-MOFs形貌进行表征：图1A和图S1清晰展示了其规整的多面体结构与均匀尺寸分布，证明成功合成高质量晶体。X射线衍射(XRD)图谱（图1B）显示其特征衍射峰与模拟结果高度吻合，证实了晶体结构的完整性。紫外-可见吸收光谱（图1C）显示Zn-MOFs在350 nm附近存在强烈吸收峰，为其光激发能力提供依据。同步测量的荧光光谱（图1D）显示出位于450 nm的发射峰，进一步验证其光物理特性。此外，通过X射线光电子能谱(XPS)对元素组成进行分析（图S2），明确检测到Zn、C、O、N元素的存在。

Conclusions

本研究成功设计了一种用于端粒酶活性分析的原位猝灭PEC生物传感器。合成的Zn-MOFs凭借其多孔晶体结构、大比表面积和可调孔径展现出优异的光电流响应特性。结合无需酶的动态DNA电路（整合EDC与HCR），实现了端粒酶活性信号的高效转导与放大。原位催化猝灭策略进一步提升了检测灵敏度，为端粒酶相关研究领域提供了具有广阔应用前景的分析平台。