Photocontrollable DNA Walker-Based Molecular Circuit for the Tunable Detection of MicroRNA-21 Using Metal–Organic Frameworks as Label-Free Fluorescence Tags

化学 生物传感器 荧光 DNA 纳米技术 动态范围 组合化学 连接器 计算机科学 材料科学 生物化学 计算机视觉 量子力学 操作系统 物理
作者
Jiang Xue Dong,Sai Zhang,Yan Lei Li,Xu Zhang,Ya Jie Fan,Ming Su,Zhenguang Wang,Hui Li,Shi Gang Shen,Zhong Feng Gao,Qin Wei,Fan Xia
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (45): 16744-16753 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c03913
摘要

Tunable detection of microRNA is crucial to meet the desired demand for sample species with varying concentrations in clinical settings. Herein, we present a DNA walker-based molecular circuit for the detection of miRNA-21 (miR-21) with tunable dynamic ranges and sensitivity levels ranging from fM to pM. The phosphate-activated fluorescence of UiO-66-NH 2 metal–organic framework nanoparticles was used as label-free fluorescence tags due to their competitive coordination effect with the Zr atom, which significantly inhibited the ligand-to-metal charge transfer. To achieve a tunable detection performance for miR-21, the ultraviolet sensitive o -nitrobenzyl was induced as a photocleavable linker, which was inserted at various sites between the loop and the stem of the hairpin probe to regulate the DNA strand displacement reaction. The dynamic range can be precisely regulated from 700- to 67,000-fold with tunable limits of detection ranging from 2.5 fM to 36.7 pM. Impressively, a Boolean logic tree and complex molecular circuit were constructed for logic computation and cancer diagnosis in clinical blood samples. This intelligent biosensing method presents a powerful solution for converting complex biosensing systems into actionable healthcare decisions and will facilitate early disease diagnosis.
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