Stimuli-responsive hydrogel microcapsules for the amplified detection of microRNAs

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作者
Wen-Hsin Chang,Yi‐Fang Lee,Yen-Wenn Liu,Itamar Willner,Wei‐Ching Liao
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:13 (39): 16799-16808 被引量:38
标识
DOI:10.1039/d1nr05170a
摘要

A method for the synthesis of DNA-based acrylamide hydrogel microcapsules loaded with quantum dots as a readout signal is introduced. The shell of DNA-acrylamide hydrogel microcapsules is encoded with microRNA-responsive functionalities, being capable of the detection of cancer-associated microRNA. The microRNA-141 (miR-141), a potential biomarker in prostate cancer, was employed as a model target in the microcapsular biosensor. The sensing principle of the microcapsular biosensor is based on the competitive sequence displacement of target miR-141 with the bridging DNA in the microcapsule's shell, leading to the unlocking of DNA-acrylamide hydrogel microcapsules and the release of the readout signal provided by fluorescent quantum dots. The readout signal is intensified as the concentration of miR-141 increases. While miR-141 was directly measured by DNA-acrylamide hydrogel microcapsules, the linear range for the detection of miR-141 is 2.5 to 50 μM and the limit of detection is 1.69 μM. To improve the sensitivity of the microcapsular biosensor for clinical needs, the isothermal strand displacement polymerization/nicking amplification machinery (SDP/NA) process was coupled to the DNA-acrylamide hydrogel microcapsule sensor for the microRNA detection. The linear range for the detection of miR-141 is improved to the range of 102 to 105 pM and the limit of detection is 44.9 pM. Compared to direct microcapsular biosensing, the detection limit for miR-141 by microcapsules coupled with strand-displacement amplification is enhanced by four orders of magnitude.
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