Fluorophore and nanozyme-functionalized DNA walking: A dual-mode DNA logic biocomputing platform for microRNA sensing in clinical samples

DNA 生物传感器 核酸 双模 化学 计算机科学 纳米技术 材料科学 电子工程 生物化学 工程类
作者
Jingyuan Yu,Quanyi Liu,Lijuan Qi,Qi Fang,Xudong Shang,Xiaojun Zhang,Yan Du
出处
期刊:Biosensors and Bioelectronics [Elsevier BV]
卷期号:252: 116137-116137 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.bios.2024.116137
摘要

Inspired by the programmability and modifiability of nucleic acids, point-of-care (POC) diagnostics for nucleic acid target detection is evolving to become more diversified and intelligent. In this study, we introduce a fluorescent and photothermal dual-mode logic biosensing platform that integrates catalytic hairpin assembly (CHA), toehold-mediated stand displacement reaction (SDR) and a DNA walking machine. Dual identification and signal reporting modules are incorporated into DNA circuits, orchestrated by an AND Boolean logic gate operator and magnetic beads (MBs). In the presence of bispecific microRNAs (miRNAs), the AND logic gate activates, driving the DNA walking machine, and facilitating the collection of hairpin DNA stands modified with FAM fluorescent group and CeO2@Au nanoparticles. The CeO2@Au nanoparticles, served as a nanozyme, can oxidize TMB into oxidation TMB (TMBox), enabling a near-infrared (NIR) laser-driven photothermal effect following the magnetic separation of MBs. This versatile platform was employed to differentiate between plasma samples from breast cancer patients, lung cancer patients, and healthy donors. The thermometer-readout transducers, derived from the CeO2@Au@DNA complexes, provided reliable results, further corroborated by fluorescence assays, enhancing the confidence in the diagnostics compared to singular detection method. The dual-mode logic biosensor can be easily customized to various nucleic acid biomarkers and other POC signal readout modalities by adjusting recognition sequences and modification strategies, heralding a promising future in the development of intelligent, flexible diagnostics for POC testing.
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