Flexible Self-Powered Sensing System Based on Novel DNA Circuit Strategy and Graphdiyne for Thalassemia Gene by Rapid Naked-Eye Tracking and Open-Circuit Voltage

化学 生物传感器 DNA 检出限 肉眼 纳米技术 生物分子 胶体金 组合化学 连锁反应 纳米颗粒 光化学 生物化学 材料科学 色谱法
作者
Danyao Tang,Jinyue Shi,Yeyu Wu,Hu Luo,Jun Yan,Ke‐Jing Huang,Xuecai Tan
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (44): 16374-16382 被引量:109
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c03841
摘要

Based on the controllable instantaneous self-assembly ability of long-chain branched DNA nanostructures and the synergistic effect between nucleic acid amplification without enzymes, a highly sensitive and highly specific self-powered biosensing platform is developed. Two-dimensional graphdiyne is prepared, modified on flexible carbon cloth, and then functionalized with gold nanoparticles. When DNA mi-tubes are applied on it, target thalassemia gene CD122 triggers a dual-catalytic hairpin assembly reaction. The generated nanoscale DNA is precisely captured by the DNA mi-tube, exposing binding sites and activating the hybridization chain reaction to form long-chain branched DNA. Double-stranded DNA, along with dendritic DNA carrying a large number of guanine bases, precisely captures the signal molecule methylene blue (MB), generating a significant electrochemical signal. The redox reaction of MB also causes a proportional change in the system's color, achieving a colorimetric detection functionality. An efficient dual-mode self-powered sensing platform, therefore, is established for detecting the thalassemia gene CD122. The linear response range of target concentration to open-circuit voltage and RGB Blue value is 0.0001-10,000 pM. The detection limit under electrochemical mode is 36.3 aM (S/N = 3), and under colorimetric mode, it is as low as 12.1 aM (S/N = 3). The new method exhibits high sensitivity, excellent selectivity, and high accuracy, providing a universal strategy for designing novel biosensing platforms that can be extended to the detection of other biomolecules.
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