一種基于熵驅(qū)動雙足DNA walker的微米電極電化學(xué)傳感器

超微電極是一類一維尺寸在微米或亞微米級的一類電化學(xué)傳感器，具有尺寸小、傳質(zhì)速率快、時-空分辨率高等多種優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)研究和傳感器開發(fā)等領(lǐng)域。在電化學(xué)傳感器的構(gòu)建中，超微電極電化學(xué)傳感器被用于活體內(nèi)甚至單細(xì)胞或亞細(xì)胞水平生物信號分子的實(shí)時監(jiān)測。但是，對于非電活性和低豐度的生物分子的高靈敏檢測仍存在巨大挑戰(zhàn)。

近期，燕山大學(xué)姜宏副教授和王繼東研究員課題組報(bào)道了一種基于熵驅(qū)動雙足DNA walker的微米電極電化學(xué)傳感器，將DNA walker的信號放大功能應(yīng)用于超微電極傳感界面，并結(jié)合適配體的高選擇性，實(shí)現(xiàn)了ATP的高選擇性和高靈敏檢測。相關(guān)成果以“Electrochemical Monitoring of Sphingosine-1-phosphate-Induced ATPRelease Using a Microsensor Based on an Entropy-Driven Bipedal DNA Walker”為題發(fā)表在國際化學(xué)權(quán)威雜志Analytical Chemistry上。

研究人員首先采用火焰刻蝕方法制備碳纖維微米電極（CFME），并在其表面逐級修飾金（Au）納米顆粒。進(jìn)一步地，研究人員通過Au-S鍵作用將發(fā)夾鏈HP組裝至CFME界面，作為DNAwalker步行的軌道。ATP適配體選擇性識別目標(biāo)分子ATP，導(dǎo)致觸發(fā)鏈TS從aptamer-TS雜交鏈中釋放。釋放的TS與發(fā)夾鏈WR暴露的堿基結(jié)合，使發(fā)夾鏈WR打開暴露兩條“腿”，形成DNA Walker。當(dāng)DNA Walker運(yùn)動到電極表面時，DNA walker通過“腿”上的“足”與修飾在電極表面的發(fā)夾HP暴露的立足點(diǎn)堿基雜交，并釋放TS鏈。表面修飾電化學(xué)探針分子亞甲基藍(lán)（MB）的燃料鏈FS-MB能夠熵驅(qū)動雙足DNA walker邁向下一個HP的立足點(diǎn)，形成DNA Walker。隨著DNA Walker的行走，逐漸將MB引入電極界面，實(shí)現(xiàn)電信號放大。此外，釋放的TS可以參與隨后的循環(huán)，激活更多的DNA walker實(shí)現(xiàn)信號級聯(lián)放大。

圖1 電化學(xué)微傳感器構(gòu)建過程及DNA walker信號放大過程示意圖



圖2 電化學(xué)微傳感器檢測性能表征

綜上所述，該工作構(gòu)建的熵驅(qū)動雙足DNA walker微米電極傳感器可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)分子的選擇性和高靈敏監(jiān)測，具有杰出的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和可再生性，并成功定量檢測了神經(jīng)疼痛疾病相關(guān)的鞘氨醇-1-磷酸誘導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞的ATP釋放。該傳感器的開發(fā)為在復(fù)雜生命系統(tǒng)中原位、定量監(jiān)測非電活性分子并探究其在疾病模型中的生理功能提供了一種有效策略。

論文鏈接： https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c00964



審核編輯：劉清