Ligand-Engineered Mn-Cysteine as a Potent Laccase Mimic for CRISPR/Cas12a Electrochemical Biosensing of Hepatocellular Carcinoma Biomarkers

生物传感器 化学 漆酶 催化作用 组合化学 生物催化 离子液体 电化学 配体(生物化学) 纳米技术 肝细胞癌 适体 基质(水族馆) 离子键合 环境友好型 吸附 劈理(地质) DNA
作者
Ya Zhou,Huimin Li,Mengjie Chen,Jing Ye,Yifan Yan,Li Yang,Tian Meng,Dongxu Jiao,Dewen Wang,Liping Zhu,Xiurong Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:20 (32): 22787-22803
标识
DOI:10.1021/acsnano.6c07904
摘要

Laccase is an environmentally friendly catalyst with water as the sole catalytic byproduct, yet its biomedical detection potential remains underexplored. Herein, a ligand engineering strategy was employed to synthesize Mn-cysteine nanoflowers (Mn-Cys NF) with laccase-mimicking activity via a one-pot method, using manganese (Mn) with rich valence variations as the active center and cysteine (Cys) as the ligand. Spectroscopic characterizations confirmed Cys-modulated Mn electronic structure, and theoretical calculations validated enhanced substrate adsorption and reduced reaction barriers. The specific activity of Mn-Cys NF is approximately 3.56 times that of natural laccase and exhibited excellent stability across pH, temperature, ionic strength, and organic solvent conditions. Leveraging this high-performance nanozyme, a CRISPR/Cas12a electrochemical biosensor was constructed with a DNA triangular prism interface, where a target-triggered catalytic hairpin assembly (CHA)-DNAzyme cascade regulated Cas12a cleavage to enable signal-on detection. This biosensor achieved quantification of hepatocellular carcinoma (HCC) biomarkers alpha-fetoprotein (AFP) and microRNA-122 (miRNA-122), with detection limits as low as 4.47 fg/mL and 6.21 aM, respectively. It also effectively discriminated HCC patients from healthy individuals in clinical serum samples. This work offers a ligand engineering strategy for designing high-performance laccase-mimicking nanozymes and expands the application scope of laccase nanozymes from environmental remediation to biomedical biosensing.
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