Исследователи из Сучжоуского института биомедицинской инженерии и технологий (SIBET) Китайской академии наук недавно предложили стратегию сборки непосредственно структурированной ДНК и разработали двухрежимный электрохимический/флуоресцентный биосенсор для циркулирующей опухолевой ДНК на основе метиленового синего и углеродных наноточек, которые испускают красный цвет. Результаты исследования и подробный механизм действия опубликованы в последнем номере журнала Chemical Engineering Journal.
По словам исследователей, новый биосенсор сочетает в себе характеристики электрохимических и флуоресцентных сенсоров, источники сигналов и методы построения которых обычно сильно различаются.
Электрохимический метод–это качественный или количественный метод, основанный на взаимосвязи между изменением электрического сигнала и концентрации или других физических параметров. Метод флуоресценции – это метод качественного и количественного анализа, основанный на обнаружении целевого вещества путем измерения изменения интенсивности флуоресценции или длины волны излучения.
«Интеграция двух технологий синхронного обнаружения в одну уникальную систему может не только эффективно повысить точность обнаружения, но и уменьшить влияние фоновых сигналов, колебаний прибора и других мешающих факторов», — говорит Мяо Пэн, ведущий исследователь исследования и ученый из SIBET.
Зонд А в этом сенсоре иммобилизован на поверхности через тиоловую группу. В случае взаимодействия, между мишенью и связывающим ее доменом в Зонд А образуется двойная связь.
Так же происходит открытие стволовой области и высвобождается одноцепочечная область, которая отвечает за открытие второй шпильки Зонда B. Она предварительно конъюгирована с красной излучающей углеродной наноточкой через NH2 в 3′ конце. Затем шпилька Зонда C раскрывается с помощью высвобожденной одноцепочечной области Зонда B.
Кроме того, Зонд C способен замещать целевую последовательность, чтобы сформировать полную трехстороннюю соединительную структуру. Таким образом, мишень перерабатывается и способствует образованию множества трехсторонних соединений. Поскольку большое количество молекул метиленового синего на 3′ конце Зонда С расположено вблизи границы раздела электродов, значительный электрохимический отклик позволяет обнаружить целевое вещество.
При наличии Mg2+ в последовательности субстрата, он может быть расщеплен и сопряженные углеродные наноточки высвобождаются в раствор. «Исходный целевой уровень также можно оценить с помощью измерения флуоресценции», — сказал Мяо.
Теоретический расчет и визуализация с помощью гель-электрофореза подтвердили осуществимость реакции. Синтезированные углеродные наноточки обладают высокой селективностью и могут поддерживать высокую стабильность флуоресценции в физиологических условиях.
С помощью серии оптимизаций условий и количественных тестов Мяо и его команда установили линейные калибровочные кривые электрохимической/флуоресцентной интенсивности и целевой концентрации.
В то же время содержимое мишени также можно легко различить с помощью флуоресцентной визуализации. Двухрежимный сенсор, разработанный в этой работе, отличается высокой чувствительностью и высокой масштабируемостью, что может стать мощным инструментом для анализа нуклеиновых кислот и клинической диагностики.
Ожидается, что биосенсор будет широко использоваться в фундаментальных исследованиях, исследованиях окружающей среды, клинических испытаниях и других областях.
Текст: Александра Лютая
Guangxing Liu et al, Hand-in-hand structured DNA monolayer for dual-mode analysis of circulating tumor DNA, Chemical Engineering Journal (2022). DOI: 10.1016/j.cej.2022.138069
