基于单线态氧的光电化学生物传感器用于登革病毒RNA的直接检测及其探针设计策略研究

本综述推荐一种无需酶促放大、cDNA转换或热变性的新型光电化学（PEC）生物传感器，利用单线态氧（1O2）机制直接检测登革病毒（DENV）RNA。其核心创新在于通过理性探针设计靶向RNA二级结构易解区域，显著提高杂交效率与检测灵敏度（检测限达7 pM），并有效区分寨卡病毒（Zika）RNA，为复杂RNA病毒的现场快速诊断提供了放大自由、操作简便的新策略。

　　

Highlight

缓冲试剂与溶液

三羟甲基氨基甲烷盐酸盐（Tris HCl）、乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）、磷酸二氢钾、氢氧化钠、Tween-20、焦碳酸二乙酯（DEPC）、三乙胺和乙酸购自Merck（德国）。氯化钠由Thermo Fisher Scientific（美国）供应，氯化钾购自Union Chimique Belge（比利时），乙腈来自Chemlab NV（比利时）。为预防RNA被核糖核酸酶（RNase）降解，所有水溶液均使用经DEPC处理过的超纯水配制。

探针设计对靶标性质杂交效率的影响

为探究靶标性质对探针杂交效率的影响，我们在无RNase条件下比较了RNA靶标和DNA靶标的光电化学（PEC）响应，实验参数如下：10 μL磁珠、50 nM捕获探针、5 nM靶标和25 nM检测探针1。如图1所示，RNA靶标的PEC响应显著较低，光电流较DNA靶标下降64% ± 1%，信噪比（S/N）也从28.2 ± 1.2降至10.3 ± 0.3。这一差异凸显了骨架组成对杂交动力学和信号产生的深远影响——RNA倾向于形成稳定二级结构，阻碍探针结合，而DNA则更易杂交。这些发现强调了在开发RNA检测平台时，必须考虑靶标结构特性。

结论

我们成功开发了一种用于直接检测登革病毒（DENV）RNA的光电化学（PEC）生物传感器，实现了无需cDNA转换、热变性或酶促扩增的核酸检测。由于病毒基因组保守区常形成稳定二级结构，我们利用计算机RNA折叠预测理性设计检测探针，局部破坏这些结构，从而提高杂交效率，实现室温下的检测。优化后的传感器对登革病毒血清型1 RNA的检测限达7 pM（4.2 × 10⁶ copies/μL），并在室温下对寨卡病毒RNA表现出96.8% ± 0.4%的区分能力。此外，我们还识别出关键实验组分（如磁珠）对背景信号的贡献。本研究通过建立一个稳健、无扩增的结构化RNA检测平台，推动了PEC生物传感的发展，并引入了基于RNA结构可及性的通用探针设计策略。