Cross-catalytic hairpin assembly-based exponential signal amplification for CRET assay with low background noise

生物传感器 化学 费斯特共振能量转移 DNA纳米技术 指数增长 核酸 纳米技术 组合化学 DNA G-四倍体 材料科学 荧光 生物化学 物理 量子力学
作者
Shuzhen Yue,Tingting Zhao,Hongjie Qi,Yongcun Yan,Sai Bi
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:94: 671-676 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.bios.2017.03.071
摘要

A toehold-mediated strand displacement (TMSD)-based cross-catalytic hairpin assembly (C-CHA) is demonstrated in this study, achieving exponential amplification of nucleic acids. Functionally, this system consists of four hairpins (H1, H2, H3 and H4) and one single-stranded initiator (I). Upon the introduction of I, the first CHA reaction (CHA1) is triggered, leading to the self-assembly of hybrid H1·H2 that then initiates the second CHA reaction (CHA2) to obtain the hybrid H3·H4. Since the single-stranded region in H3·H4 is identical to I, a new CHA1 is initiated, which thus achieves cross operation of CHA1 and CHA2 and exponential growth kinetics. Interestingly, because the C-CHA performs in a cascade manner, this system can be considered as multi-level molecular logic circuits with feedback mechanism. Moreover, through incorporating G-quadruplex subunits and fluorescein isothiocyanate (FITC) in the product of H1·H2, this C-CHA is readily utilized to fabricate a chemiluminescence resonance energy transfer (CRET) biosensing platform, achieving sensitive and selective detection of DNA and microRNA in real samples. Since the high background signal induced by FITC in the absence of initiator is greatly reduced through labeling quencher in H1, the signal-to-noise ratio and detection sensitivity are improved significantly. Therefore, our proposed C-CHA protocol holds a great potential for further applications in not only building complex autonomous systems but also the development of biosensing platforms and DNA nanotechnology.

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