ACS Appl. Mater. Interfaces|多DNA四面體加速雜交鏈式反應(yīng)動力學及其在黃曲霉毒素B1檢測中的應(yīng)用

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雜交鏈反應(yīng)(HCR)由于具有無酶、操作簡單、等溫等優(yōu)點，被認為是一種廣泛應(yīng)用于生物傳感領(lǐng)域的探針擴增技術(shù)。在反應(yīng)體系中，動力學陷阱捕獲的兩個互補DNA發(fā)夾(H1和H2)在沒有引發(fā)劑的情況下可以穩(wěn)定共存。同時，在H1和H2之間引入引發(fā)劑，激活鏈反應(yīng)，使雙聚合物成為可能，直到發(fā)夾被消耗，產(chǎn)生可觀數(shù)量的線性重復(fù)單元，實現(xiàn)探針放大的目標。然而，在此過程中可能會出現(xiàn)幾個關(guān)鍵問題，包括隨機碰撞和溶液中DNA反應(yīng)物自由擴散的相互作用導(dǎo)致的HCR率降低，以及HCR中引發(fā)劑(nM級)濃度低導(dǎo)致的放大效率降低。為了解決這些挑戰(zhàn)，迫切需要加速HCR的動力學。

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作為一種替代方案，有必要設(shè)計一種簡單的結(jié)構(gòu)來改善DNA雜交動力學，這可以通過讓啟動器單鏈DNA (ssDNA)在拉伸狀態(tài)而不是自由狀態(tài)下直接進行HCR來實現(xiàn)，在這種情況下，張力條件可以通過避免無序構(gòu)象的阻礙，促進螺旋狀ssDNA保持一定長度，從而顯著加速反應(yīng)動力學。

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近日，江蘇大學張禎教授團隊在ACS Appl. Mater. Interfaces期刊上發(fā)表題為“Accelerated Hybridization Chain Reaction Kinetics Using Poly DNA Tetrahedrons and Its Application in Detection of Aflatoxin B1”的研究論文，

https://doi.org/10.1021/acsami.3c05506

該研究構(gòu)建了一個多DNA四面體(pTDNs)介導(dǎo)的HCR，通過合成的pTDNs產(chǎn)生的疊加靜電作用，使其引發(fā)劑在長程靜電力作用下處于拉伸狀態(tài)，并假設(shè)它可以顯著提高HCR的性能。理論模擬和實驗研究證明了這一點。因此，我們應(yīng)用ptdns介導(dǎo)的HCR建立了一種新的快速、靈敏檢測黃曲霉毒素B1的免疫分析法作為一種概念證明，其信號的擴增歸因于第二抗體上G4 DNAzyme的增加。我們的工作為利用簡單的DNA框架提高生物分析中HCR動力學的反應(yīng)速度和信號放大鋪平了一條有前途的道路。

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相比較于自由狀態(tài)引發(fā)劑，TDN結(jié)合物由于其表面的負電，通過靜電排斥力使引發(fā)劑由卷曲狀態(tài)變直，避免無序構(gòu)象的阻礙，從而加快動力學。

對方案的構(gòu)建進行驗證。

通過G-四鏈體加Hemin對TMB進行氧化，進行對TDN的數(shù)量和間距的優(yōu)化。

檢測鹽濃度對反應(yīng)動力學的影響。

靜電力誘導(dǎo)等高線長度的理論計算。

以pTDNs-HCR為抗體標簽的敏感ELISA檢測AFB1的構(gòu)建。

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綜上所述，通過靜電斥力構(gòu)建pTDN使HCR引發(fā)劑處于拉伸狀態(tài)，這是由于pTDN產(chǎn)生的長程靜電相互作用，雜化動力學更快，催化活性更好。實驗研究和理論模擬表明，靜電疊加可以增強HCR的雜化動力學。此外，以pTDNs - HCR為基礎(chǔ)的比色法ELISA在提高靈敏度和反應(yīng)速度方面進一步顯示了其卓越的功能，暗示了其在生物檢測中的巨大潛力。最重要的是，我們的工作提出了一種利用DNA框架的靜電力來改進HCR動力學的輕易地方法，為探索靜電相互作用在分析領(lǐng)域的進一步應(yīng)用提供了一種潛在的方法。

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編輯：王本初

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