A versatile immobilization-free photoelectrochemical biosensor for ultrasensitive detection of cancer biomarker based on enzyme-free cascaded quadratic amplification strategy

生物传感器 适体 脱氧核酶 检出限 化学 环介导等温扩增 光电流 纳米技术 组合化学 癌胚抗原 色谱法 材料科学 生物化学 DNA 分子生物学 癌症 光电子学 内科学 生物 医学
作者
Lei Ge,Wenxiao Wang,Ting Hou,Feng Li
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:77: 220-226 被引量:110
标识
DOI:10.1016/j.bios.2015.09.041
摘要

In this work, an ultrasensitive immobilization-free photoelectrochemical (PEC) biosensor was successfully developed for the first time based on a novel enzyme-free cascaded quadratic signal amplification strategy. This rationally designed homogeneous dual amplification strategy consists of a target-analog recycling circuit based on catalytic hairpin assembly (CHA) and a hybridization chain reaction (HCR) mediated amplification circuit. In the presence of carcinoembryonic antigen (CEA), a proof-of-concept target, target-analog is released to trigger the upstream CHA recycling circuit. The generated dsDNA complexes from CHA recycling could further induce the downstream HCR amplification, leading to the formation of numerous hemin/G-quadruplex DNAzymes. This would accordingly stimulate the biocatalytic precipitation of 4-chloro-1-naphthol, inducing a distinct decrease in the photocurrent signal due to the formed insoluble/insulating products on electrode surface. Under the optimal conditions, this PEC biosensor achieved ultrasensitive detection of CEA down to the atto-gram level. The introduction of this aptamer-based cascaded quadratic amplification strategy not only remarkably improves the selectivity and sensitivity of CEA assay, but also allows the ultrasensitive detection of other proteins by designing specific aptamers, providing a universal, isothermal and label-free PEC biosensing platform for ultrasensitive detection of different kinds of cancer biomarkers and holding a great potential for early-diagnosis of cancer.
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