袁若&刘红艳Anal. Chem.：基于Cu2O/PTB7-Th/PDA+的光电化学检测mRNA-375-3p！

研究内容

近日，西南大学袁若和刘红艳基于Cu₂O/PTB7-Th/PDA⁺光活性材料制备了一种超灵敏的光电阴极生物传感器，该生物传感器具有高的光载体分离效率，用于检测mRNA-375-3p。与作为光电阴极的原始Cu₂O相比，所获得的Cu₂O/PTB7Th/PDA₊表现出17倍高的光电阴极信号。通过使用Cu₂O/PTB7-Th/PDA⁺作为光活性材料和与哑铃杂交链式反应(DHCR)集成的靶触发3D DNA助行器作为信号放大器来制造PEC生物传感器，实现了对mRNA-375-3p的灵敏检测，检测限为0.3 fM。相关工作以“Ultrasensitive Photocathodic Biosensor Based on the Cu₂O/PTB7-Th/PDA⁺Composite with Enhanced Photoelectrochemical Performance for the Detection of MicroRNA-375-3p”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1.作者使用Cu₂O/PTB7-Th作为光电阴极和PDA⁺作为PEC信号介质，借助于耦合3D DNA助行器和DHCR的双信号放大策略，制备了用于miRNA-375-3p的超灵敏PEC生物传感器。其中，PTB7-Th作为能级匹配的光活性材料来增强体电荷分离和N，N-双(2-(三甲基碘化铵)丙烯)苝-3，4，9，10-四羧二亚胺(PDA⁺)作为界面电荷转移介质，有效抑制光电极/电解质界面上的电荷复合。与作为光电阴极的原始Cu₂O相比，所获得的Cu₂O/PTB7Th/PDA⁺表现出17倍高的光电阴极信号。

要点2.制备Cu₂O/PTB7-Th光电阴极以提供初始光电流。通过靶miRNA-375-3p和阻断剂探针的互补碱基配对触发3D DNA助行器。打开的摆动探针(SP)与锚定探针(AP)杂交，特异性切割切割核酸内切酶(Nt. BsmAI酶)。然后，Nt. BsmAI酶对AP进行特异性切割，产生丰富的输出DNA。输出的DNA可以与固定在电极上的捕获探针(CP)杂交，并在圆形哑铃状DNA燃料链(DEM1和DEM2)的帮助下进一步触发DHCR，产生大量双链DNA聚合物，用于负载PDA⁺作为界面电荷转移介质。从PTB7-Th转移的电子可以诱导PDA⁺还原以获得PDA⁺的还原状态，并且电解质中的H₂O₂可以进一步将PDA(红色)+氧化为PDA⁺。这种氧化还原循环可以促进光生电子的迁移和消耗。

要点3.作者使用Cu₂O/PTB7-Th/PDA⁺作为光活性材料和与哑铃杂交链式反应(DHCR)集成的靶触发3D DNA助行器作为信号放大器来制造PEC生物传感器，实现了对mRNA-375-3p的灵敏检测，检测限为0.3 fM。

该工作提出了一种新的界面电荷调制策略增加阴极光电流，用于制造生物分析和临床诊断中的高灵敏度PEC传感平台。

研究图文

图1.（A）Cu₂O/PTB7-Th/PDA⁺光电阴极的光电流增强机制。（B）生物传感器的制造过程和PEC响应。（C）基于3D DNA Walker的目标循环扩增策略。

图2. Cu₂O的（A，B）SEM和（C）XRD，Cu₂O和PTB7-Th的（D）UV-vis吸收光谱，（E）Tauc图，以及（F）CV。

图3.（A）Cu₂O/PTB7-Th光电极和（C）PTB7-Th/Cu₂O光电极的电荷分离和迁移方案。（B）Cu₂O/PTB7-Th光电极和（D）PTB7-Th/Cu₂O光电极在不同条件下的阴极PEC响应。

图4.（A）DNA助行器的天然PAGE表征。（B）DHCR策略的Native PAGE特征。（C）EIS和（D）生物传感器组装过程的PEC表征。

图5.（A）本研究中使用的GCE/Cu₂O/PTB7-Th光电极的示意图。（B）基于Cu₂O/PTB7-Th光电极的生物传感器的PEC响应。（C）光电阴极值和miRNA-375-3p浓度的对数的校准曲线。（D）GCE/PTB7-Th/Cu₂O光电极原理图。（E）PTB7-Th/Cu₂O生物传感器的PEC响应。（F）miRNA-375-3p浓度的对数与光电流之间的对应线性关系。

图6.（A）阴极PEC生物传感器对miRNA-375-3p检测的选择性：空白、p-53、miRNA-21、miRNA-155和miRNA-141。（B）具有1 nM miRNA-375-3p的阴极PEC生物传感器在10个循环扫描下的稳定性。

图7.（A）MCF-10A和MCF-7细胞提取物中制造的生物传感器的PEC信号。（B）通过qRT-PCR检测miRNA-375-3p在MCF-10A和MCF-7细胞中的相对表达水平。

文献详情

Ultrasensitive Photocathodic Biosensor Based on the Cu₂O/PTB7-Th/PDA⁺Composite with Enhanced Photoelectrochemical Performance for the Detection of MicroRNA-375-3p

Yuying Zhou, Simin Ai, Yaqin Chai, Ruo Yuan,* Hongyan Liu*

Anal. Chem.

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01935

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