早期的miRNA檢測方法有RNA印跡法、逆轉錄PCR法、微陣列法等。盡管這些方法具有一定的靈敏度，但也存在一些缺陷，如成本高、操作復雜等。為實現生物分子的高靈敏檢測，催化發夾自組裝 (CHA) 和雜交鏈式反應 (HCR) 等生物信號擴增技術也被集成至多種信號表達的傳感器中。鑒于CHA和HCR信號放大是通過DNA堿基對形成時釋放的自由能驅動，且需要消耗大量DNA發夾結構，這些導致反應體系對環境條件相對敏感，且容易發生非特異性結合。此外，發夾型DNA鏈的打開過程是一個可逆的過程，從而限制了其在復雜生物系統中的應用。為了克服這些缺陷，近年來，熵驅動信號擴增體系激起了科學家們濃厚的研究興趣。其采用多鏈復合結構而不是DNA發夾結構，確保堿基對數在放大過程中保持不變，這種熵驅動策略有助于降低信號放大體系每個步驟的可逆性。其獨特的熵增機制，不僅提高了反應效率，也提高了傳感器的檢測靈敏度。與上述發夾型DNA基信號擴增策略相比，熵驅動DNA電路還具有較強的熱穩定性和較強的特異性識別能力。此外，它還可以根據特定靶標靈活設計。

圖 1. 基于超順磁納米結構耦合熵驅動DNA電路的光電化學生物傳感器示意圖。

基于熵驅動DNA電路和信號表達的分離，有課題組開發了一種簡潔而穩健的miRNA-122光電化學傳感器。低豐度miRNA-122可以**地觸發熵增驅動的DNA分子機器工作體系，通過超順磁Fe3O4@SiO2-probe DNA可以識別和快捷提取大量輸出的output DNAs。由此產生的Fe3O4@SiO2-probe DNA-output DNA復合物基于Watson-Crick堿基配對規則進一步捕捉CdTe-signal DNA。只有在miRNA-122存在的情況下，釋放的output DNAs才能起到橋梁作用，促進Fe3O4@SiO2-probe DNA-output DNA-signal DNA-CdTe復合物的形成。該復合物可以通過外部磁力提取，導致瓶中CdTe-signal DNAs成比例減少，進而降低光電流。生物功能化Fe3O4@SiO2粒子磁分離可實現一步電極組裝程序，從而構建一個簡潔、穩健分子識別與檢測相分離的分裂模式光電化學生物傳感器。該傳感器可用于復雜生物樣品中miRNA-122的高性能檢測。

圖2. (A) Fe3O4、(B) Fe3O4@SiO2和(C) CdTe 粒子的 HRTEM 圖像。(D) (a) Fe3O4、(b) Fe3O4@SiO2和(c) CdTe粒子X射線衍射光譜。

圖3. 熵驅動DNA電路的電泳表征

圖4. miRNA-122光電化學傳感器的定量分析、穩定性和抗干擾性測試。

該傳感器的設計中除了采用了尺寸均一、單分散的功能納米材料外，這種簡潔的策略還避免了傳統電極的層層組裝修飾步驟和多次電極沖洗步驟，使得該光電化學生物傳感器具有**的穩定性和可重復性。此外，獨特的熵驅動信號放大策略和絕緣體Fe3O4@SiO2與光電流信號讀取的蓄意分離使得miRNA-122光電化學生物傳感器更加靈敏。

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zzj 2021.3.12