动态DNA纳米器件，特别是DNA walkers，已经被证明是生物传感中用于目标识别、信号转换和扩增的多功能工具。然而，它们检测复杂生物样品中低丰度分析物的能力经常受到有限的扩增深度和严重的信号泄漏的影响。为了应对这些挑战，我们开发了一种简单而高效的策略来设计一种自我复制的双足DNAzyme (SEDY) walker，用于灵敏和选择性的电化学发光(ECL)生物分析。与通常通过单向催化DNA组装构建的传统DNA walkers不同，SEDY walker集成了一种自我复制的反馈机制，大大增强了生物分析的选择性和灵敏度。首先，SEDY walker是通过目标触发、无酶、自我复制的催化方法组装的，通过简化反应物的复杂性，最大限度地降低了不良副反应和信号泄漏的风险。此外，SEDY walker具有新暴露的触发序列，促进其自主复制，导致其产物的强劲和指数扩增。我们的实验证明，SEDY walker可以通过在十字形DNA轨道内导航特定探针来灵敏和选择性地检测啶虫脒。ECL生物传感器提供1×10–15M至1×10–9M的线性检测范围，检测限低至5.8×10–16M。我们预计SEDY walker将成为检测生物应用中各种分析物的强大工具。![]()
在基于十字形DNA轨道的ECL生物传感器上检测Ace的SEDY Walker的示意图。(A)使用靶触发、无酶、自我复制的催化策略构建SEDY Walker。(SEDY Walker的ECL反应程序，通过导航排列在十字形DNA轨道内的特定探针来检测Ace
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通过靶触发、无酶、自我复制的催化方法设计和可行性验证SEDY walker。(A)示意图和(B) PAGE分析，说明靶Ace选择性激活Apt-T复合物释放T产物。车道1:Apt；第2道:T；第三车道:Apt+T；第四道:Apt + T + Ace。(C)示意图和(D) PAGE分析显示了用于编程SEDY walker的催化自组装过程。泳道1:T；第二车道:H1；第三车道:H2；第四道:H3；第五车道:T+H1；第六车道:T+H1+H2；第七车道:T+H1+H2+H3；第八道:H1 + H2 + H3。
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自增强MOF的制备与表征。(MOF制备过程的示意图。(B) SEM，(C) HR-TEM，(D) XRD，和(MOF的荧光显微成像表征。(F)MOF的SEM-EDS表征，显示碳(C)、氧(O)、氮(N)和锌(Zn)元素的分布。(MOF和DPA的UV-vis吸收光谱和(H) FL发射光谱。(I)通过在0.1 M PBS (pH 7.4)溶液中从0到2 V扫描，得到GCE电极和清洁的GCE电极上的MOF的ECL光谱。
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基于十字形DNA轨道的ECL生物传感器检测Ace的SEDY walker设计及可行性验证。(A)示意图和(B) PAGE分析，说明了为双位点十字形DNA轨道编程的自组装过程。第一车道:S1；第二车道:S2；第三车道:S3；第四道:S4；第五车道:S1 + S2 + S3 + S4。(C)示意图和(D )( I)与和不与Fc-修饰的十字形DNA轨道探针孵育后的Au NPs/MOF/GCE表面，以及(II)与和不与ace孵育后的基于十字形DNA轨道的生物传感器的ECL强度分析。条形代表平均值±标准差(n = 3)，使用不成对的学生t检验来确定显著性。****p < 0.0001。
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SEDY walker自我复制催化机制的验证。(SEDY walker和(NEDY walker在基于十字形DNA轨道的ECL平台上的示意图。页面分析说明了(SEDY walker和(NEDY walker的自我复制过程。第一车道:H1+H2+H3；泳道2: SEDY或NEDY walker第三泳道:赛迪或内迪·沃克+H1；第四泳道:赛迪或内迪·沃克+H1+H2；第五车道:赛迪或内迪·沃克+ H1+ H2 + H3。在与其他产品混合之前，由CHA制备SEDY或NEDY步行者。在基于十字形DNA轨道的ECL平台上对(SEDY walker和(NEDY walker的时间相关ECL分析。
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SEDY walker检测Ace的分析性能。(A)Ace在1×10–15M至1×10–9M浓度范围内的ECL强度。(B)说明ECL强度和Ace浓度之间相关性的校准图。(C)存在各种干扰时生物传感器的选择性。在空白、吡虫啉(Imi)、甲氰菊酯(Fen)、溴氰菊酯(Dec)、Ace以及Imi、Fen、Dec和Ace的混合物的存在下测量响应。(D)生物传感器在20次循环扫描下的稳定性(1×10-12m Ace)。条形代表平均值±标准差(n = 3)，使用不成对的学生t检验来确定显著性。****p < 0.0001。
相关成果以“Self-Replicating Catalytic Hybridization Assembly of Bipedal DNAzyme Walkers for Enhanced Electrochemiluminescence Bioanalysis”，发表在国际学术期刊“Analytical Chemistry”上。
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https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c04396
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