近日，我院汪庆祥教授团队在无指示剂电化学生物传感领域取得重要进展，该成果以“Allosteric Switching-Triggered Electrocatalyst Recruitment Enables Indicator-Free, Milliampere-Level Hydrogen Evolution Readout for MicroRNA-21 Detection”为题发表于国际分析化学权威期刊《Analytical Chemistry》。
微小RNA（miRNA）是一类具有重要生物调控功能的短链非编码RNA，其中miRNA-21在多种生物过程中发挥重要作用，并被广泛用于疾病相关分子分析。传统电化学核酸传感通常依赖亚甲基蓝、二茂铁等氧化还原探针或外源电活性嵌插剂进行信号输出，受限于有限的电极表面覆盖度和界面传质过程，输出信号往往处于微安甚至纳安水平，容易受到基线电容电流及复杂生物基质中电活性杂质的干扰。针对这一问题，研究团队提出了一种构象转换触发电催化剂捕获的无酶、无指示剂电化学生物传感策略。目标物miRNA-21与发夹DNA探针杂交后诱导其发生构象转变，以暴露链霉亲和素（SA）结合区域，进而将析氢反应（HER）电催化剂FLN-Pt@SA特异性吸附至电极界面。该体系直接利用体系中丰富的H2O作为电化学反应底物，将分子识别事件转化为显著增强的HER催化电流，实现稳定的毫安级信号输出（图1）。
图1. 基于构象转换与析氢反应的miRNA-21无指示剂电化学生物传感示意图
研究表明，富勒醇（FLN）丰富的羟基结构能够有效分散并稳定Pt纳米颗粒，提升界面电荷传输和HER催化性能。基于目标物诱导的构象转换与FLN-Pt@SA定向捕获，该传感器实现了miRNA-21在100 aM-100 nM范围内的定量检测，检测限低至34 aM。相较于传统微安级电化学传感信号，该体系可产生稳定的毫安级电流输出，从而显著提升信号幅值与抗干扰能力。同时，该传感器对miRNA-122、Let-7a以及单碱基和三碱基错配序列均表现出良好的选择性；五支独立制备电极具有良好重现性，传感界面在4 ℃储存10天后仍保持约97.8%的初始响应。进一步在10%和50%稀释人血清中开展加标分析，回收率分别为92.7%-102.4%和91.8%-107.5%。该工作将核酸分子识别与高效电催化HER过程直接耦合，构建了“分子识别-电催化剂捕获-HER信号放大”的新型信号转导模式，为发展无需外源氧化还原指示剂和生物酶放大的高信噪比电化学生物传感平台提供了新的设计思路。
闽南师范大学为该工作第一完成单位，我院2024级硕士研究生陈伊樊为论文第一作者，汪庆祥教授、高凤教授和郑轩副教授为论文共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金和福建省自然科学基金的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.6c04584
（图/文：陈伊樊）
