一種基于熵驅動雙足DNA walker的微米電極電化學傳感器

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傳感器，具有尺寸小、傳質速率快、時-空分辨率高等多種優勢，因此被廣泛應用于電化學研究和傳感器開發等領域。在電化學傳感器的構建中，超微電極電化學傳感器被用于活體內甚至單細胞或亞細胞水平生物信號分子的實時監測。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。

近期，燕山大學姜宏副教授和王繼東研究員課題組報道了一種基于熵驅動雙足DNA walker的微米電極電化學傳感器，將DNA walker的信號放大功能應用于超微電極傳感界面，并結合適配體的高選擇性，實現了ATP的高選擇性和高靈敏檢測。相關成果以“Electrochemical Monitoring of Sphingosine-1-phosphate-Induced ATPRelease Using a Microsensor Based on an Entropy-Driven Bipedal DNA Walker”為題發表在國際化學權威雜志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。進一步地，研究人員通過Au-S鍵作用將發夾鏈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分子ATP，導致觸發鏈TS從aptamer-TS雜交鏈中釋放。釋放的TS與發夾鏈WR暴露的堿基結合，使發夾鏈WR打開暴露兩條“腿”，形成DNA Walker。當DNA Walker運動到電極表面時，DNA walker通過“腿”上的“足”與修飾在電極表面的發夾HP暴露的立足點堿基雜交，并釋放TS鏈。表面修飾電化學探針分子亞甲基藍（MB）的燃料鏈FS-MB能夠熵驅動雙足DNA walker邁向下一個HP的立足點，形成DNA Walker。隨著DNA Walker的行走，逐漸將MB引入電極界面，實現電信號放大。此外，釋放的TS可以參與隨后的循環，激活更多的DNA walker實現信號級聯放大。

圖1 電化學微傳感器構建過程及DNA walker信號放大過程示意圖



圖2 電化學微傳感器檢測性能表征

綜上所述，該工作構建的熵驅動雙足DNA walker微米電極傳感器可以實現對目標分子的選擇性和高靈敏監測，具有杰出的穩定性、重現性和可再生性，并成功定量檢測了神經疼痛疾病相關的鞘氨醇-1-磷酸誘導的小膠質細胞的ATP釋放。該傳感器的開發為在復雜生命系統中原位、定量監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