基于新型硫量子点和高效DNA步行器放大策略实现microRNA灵敏检测

科技工作者之家 11月19日

来源:X一MOL资讯

电化学化学发光(ECL)结合了电化学和化学发光技术的特点,具有低背景、高选择性、低检测限和宽响应范围的优点,并且具有近红外ECL发射的材料由于其良好的组织穿透性、可忽略背景干扰和低光化学损伤,在生物医学和诊断领域引起了越来越多的关注。量子点由于其量子尺寸效应、优异的磁性和良好的光电性能,在生物标记、抗菌药物、发光二极管和显示器等领域的应用极为广泛。然而,含重金属的量子点由于潜在毒性和环境危害而限制了它们的应用。因此,近年来,研究人员致力于寻找无毒或无重金属的量子点,特别是一些纯元素的量子点,如碳、硅、磷和硫。在已报道的纯元素量子点中,硫量子点(SQDs)因其良好的水分散性、低毒性、优异的化学性能和良好的生物活性而越来越受到关注。然而,到目前为止,关于SQDs的ECL性能的文献报道却很少。

MicroRNAs (miRNAs)是一种微观而丰富的非编码RNA,其异常表达与许多疾病有关,因此对miRNAs的超敏检测仍有很高的要求。为了提高检测灵敏度,核酸扩增策略被广泛应用,包括链置换扩增(SDA)、催化发夹组装(CHA)、环介导等温扩增(LAMP)等。同时,DNA行走机的构建也是提高检测灵敏度的有效途径。

最近,西南大学袁若团队通过改变硫量子点的大小和分散性来探索ECL的性能。研究发现,块状的硫点(S dots)ECL性能较差,而用H2O2蚀刻S dots后得到的SQDs具有优异的近红外ECL性能。原因是H2O2改变了S dots的尺寸,使其更加分散,削弱了聚集诱导猝灭效应,且刻蚀改变了SQDs表面状态,明显提高了ECL性能。并且该团队还基于此材料作为发光体,结合一种新颖高效的DNA步行器作为信号放大,构建了一种超灵敏检测癌症标志物miRNA-21的生物传感器。如下图所示,该传感器具有以下特点:首先,以SQDs作为发光体可以得到一个较高的初始信号;其次,可以通过双特异性核酸酶(DSN)的辅助实现目标物循环扩增过程;最后,与普通的基于单链或者双链的DNA步行器相比,该团队设计的高效的DNA步行器以DNA三链体作为轨道,克服了探针缠绕和潜在空间位阻效应等缺点,显著提高了步行器的行走效率,明显增强了信号放大效率,可以极大地提高生物传感器的灵敏度。

因此,设计的ECL生物传感器在20 aM到1 nM的浓度范围内对于miRNA-21表现出了优异的检测性能,且检测限为6.67 aM。值得注意的是,这项工作丰富了纯元素量子点在ECL领域的应用,为临床和生化分析的超敏检测提供了新的途径。

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这一研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者为西南大学化学化工学院的硕士研究生刘琳蕾,西南大学化学化工学院的王海军、袁若教授为通讯作者。相关研究工作得到国家自然科学基金委的支持。

量子点 检测 性能 ECL

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