Metal-Organic Framework Nanoreactor-Based Electrochemical Biosensor Coupled with Three-Dimensional DNA Walker for Label-Free Detection of MicroRNA

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作者
Lingyi Kong,Shuzhen Lv,Zhenjie Qiao,Yongcun Yan,Jian Zhang,Sai Bi
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:207: 114188-114188 被引量:90
标识
DOI:10.1016/j.bios.2022.114188
摘要

MicroRNAs (miRNAs), serving as the regulators for gene expression and cellular function, have emerged as the important biomarkers for diagnosis of cancers. In this study, a label-free electrochemical biosensing platform equipped with metal-organic frameworks (MOFs)-based nanoreactors has been developed by coupling three-dimensional (3D) DNA walker for amplification detection of miRNA. The MOF-based nanoreactors are constructed via the encapsulation of GOx in zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) driven by the rapid GOx-triggered nucleation of ZIF-8 with high catalytic activity, which also contributes to preserve the biological activity of GOx even in harsh environments. The gold nanoparticles (AuNPs) are further loaded on the surface of ZIF-8 by electrostatic adsorption, which can be used to not only anchor the orbit of 3D DNA walker by Au-S covalent bond but also promote the electron transfer on electrode interface. In the presence of target miRNA-21, the 3D DNA walker is initiated, resulting in the recycling of targets and the immobilization of numerous fuel DNAs with G-quadruplex/hemin complex on the nanoreactors spontaneously. As a result, a cascade catalysis reaction is triggered in the confined space of ZIF-8 nanoreactors, where the H2O2 as an intermediate is generated with the oxidization of glucose catalyzed by GOx and subsequently decomposed by G-quadruplex/hemin HRP-mimicking DNAzyme for the further oxidation of ABTS to obtain a differential pulse voltammetry (DPV) signal. Under the optimal conditions, the proposed electrochemical biosensor exhibits an excellent performance for amplification detection of miRNA-21 in the dynamic working range from 0.1 nM to 10 μM with a detection limit of 29 pM, which opens a new way for clinical analysis of miRNAs and early diagnosis of cancers.
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