DNA Logic-Integrated Quantum Nanosensor for MicroRNA Diagnostics

纳米传感器 小RNA DNA 纳米技术 计算生物学 计算机科学 生物 遗传学 材料科学 基因
作者
Weiming Lin,Tao Ding,Die He,Nan Zhang,Haodong Li,Wei Luo,Zhongxia Wei,Min Ke,Sisi Jia,Chunhai Fan,Le Liang
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
卷期号:5 (5): 2123-2134
标识
DOI:10.1021/jacsau.5c00058
摘要

Nanodiamonds (NDs) with nitrogen-vacancy (NV) centers are emerging as powerful quantum nanosensors (QNs) in biomedical applications due to their exceptional sensitivity. However, achieving optimal diagnostics performance necessitates both high sensitivity and selectivity; especially in practical biomedical settings, it remains challenging for QNs to provide quantitative analyses when multiple analytes are present. Here, we present a biosensing platform that integrates DNA logic gates (DLGs) with spin-based quantum sensing, termed DLG-QN for ultrasensitive and ultraselective diagnostics. Utilizing an AND DLG, both NDs and magnetic beads (MBs) are functionalized with hairpin DNA strands. In the presence of both miRNA-21 and miRNA-155key biomarkers overexpressed in cancerthe hairpin DNAs undergo conformational changes that facilitate DNA-guided self-assembly of NDs and MBs, enriching the target signal. Resonant microwave modulation of ND fluorescence emission allows for high signal-to-noise ratio (SNR) detection by separating the signal from background fluorescence via spin-enhanced analysis. This platform demonstrated ultrasensitive and ultraselective detection of miRNA-21 and miRNA-155 with a limit of detection of 19.8 fM, highlighting its potential as a general biosensing strategy for precision diagnostics involving multiple biomarkers.
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