Forskere udvikler en ny elektrokemisk/fluorescerende dual-mode biosensor

Forskere ved Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology (SIBET) fra det kinesiske videnskabsakademi har for nylig foreslået en hånd-i-hånd struktureret DNA-samlingsstrategi og udviklet en elektrokemisk/fluorescerende dual-mode biosensor til cirkulation af tumor-DNA baseret på methylenblåt og røde-emitterende kulstof nanodots.

Den nye sensor kombinerer egenskaberne fra elektrokemiske og fluorescerende sensorer, hvis signalkilder og konstruktionsmetoder normalt er ret forskellige, ifølge forskerne.

Og elektrokemisk sensor er en kvalitativ eller kvantitativ metode baseret på sammenhængen mellem mål-forårsaget ændring af elektrisk signal og koncentrationen eller andre fysiske parametre. En fluorescenssensor er en metode til kvalitativ eller kvantitativ detektion ved at transmittere en specifik kombination af mål og genkendelseselement til fluorescenselementet, hvilket forårsager ændring af fluorescensintensitet eller emissionsbølgelængde.

"Integration af de to teknologier til synkron detektion i ét unikt system kan ikke kun effektivt forbedre detektionsnøjagtigheden, men også reducere indflydelsen af ​​baggrundssignaler, instrumentudsving og andre faktorer på de opnåede signaler," siger Miao Peng, ledende forsker i undersøgelsen. og også en videnskabsmand fra SIBEBT.

Specifikt er probe A i denne sensor immobiliseret ved elektrodeoverfladen via thiolgruppen mærket ved dens 5'-terminal. I nærvær af target dannes komplette dobbeltstrenge mellem target og dets bindingsdomæne i probe A.

I mellemtiden åbnes stammeregionen, og den enkeltstrengede region frigives, som er ansvarlig for at åbne den anden hårnål af Probe B. Den er tidligere konjugeret med rød emissiv kulstofnanodot gennem den 3'-terminale NH₂ . Efterfølgende åbnes hårnålestrukturen af ​​Probe C med den frigivne enkeltstrengede region af Probe B.

Derudover er Probe C i stand til at fortrænge målsekvensen for at danne en komplet tre-vejs forbindelsesstruktur. Målet genbruges således og hjælper med dannelsen af ​​flere tre-vejs vejkryds. Da rigelige methylenblå-molekyler ved 3'-terminalen af ​​Probe C er placeret nær elektrodegrænsefladen, kunne der registreres en betydelig elektrokemisk respons for at afsløre målet.

Den frigivne enkeltstrengede svingarm dannet af 3'-terminalen af ​​Probe A og 5'-terminalen af ​​Probe B på trevejsforbindelsen fungerer som DNAzyme-koblingens 3'-terminal af Probe B på den tilstødende trevejsforbindelse som substrat. Hånd-i-hånd struktureret DNA-monolag fremstilles således.

Med eksistensen af ​​Mg ²⁺ , kan substratsekvensen spaltes, og de konjugerede carbonnanodotter frigives i opløsningen. "Ved at måle den øgede fluorescensemission kan det oprindelige målniveau også evalueres ved hjælp af fluorescensteknik," sagde Miao.

Teoretisk beregning og billeddannelse af gelelektroforese bekræftede gennemførligheden af ​​reaktionen. De syntetiserede kulstofnanodotter har stærk anti-interferens og kan opretholde høj fluorescensstabilitet i det fysiologiske miljø.

Gennem en række tilstandsoptimering og kvantitative test etablerede Miao og hans team de lineære kalibreringskurver for elektrokemiske/fluorescensintensiteter og målkoncentration, som kan opnå et bredt lineært område på seks størrelsesordener.

Samtidig kan indholdet af målet også let skelnes ved fluorescensbilleddannelse. Dual-mode sensoren, der er udviklet i dette arbejde, er ny med høj følsomhed og stærk skalerbarhed, som kan give et kraftfuldt værktøj til nukleinsyreanalyse og klinisk diagnose.

Sensoren forventes at blive meget brugt inden for grundforskning, miljødetektion, kliniske forsøg og andre områder.

Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i det seneste nummer af Chemical Engineering Journal . + Udforsk yderligere

Forskere udvikler en ny cirkulerende tumor-DNA-biosensor