早期的miRNA检测方法有RNA印迹法、逆转录PCR法、微阵列法等。尽管这些方法具有一定的灵敏度，但也存在一些缺陷，如成本高、操作复杂等。为实现生物分子的高灵敏检测，催化发夹自组装 (CHA) 和杂交链式反应 (HCR) 等生物信号扩增技术也被集成至多种信号表达的传感器中。鉴于CHA和HCR信号放大是通过DNA碱基对形成时释放的自由能驱动，且需要消耗大量DNA发夹结构，这些导致反应体系对环境条件相对敏感，且容易发生非特异性结合。此外，发夹型DNA链的打开过程是一个可逆的过程，从而限制了其在复杂生物系统中的应用。为了克服这些缺陷，近年来，熵驱动信号扩增体系激起了科学家们浓厚的研究兴趣。其采用多链复合结构而不是DNA发夹结构，确保碱基对数在放大过程中保持不变，这种熵驱动策略有助于降低信号放大体系每个步骤的可逆性。其独特的熵增机制，不仅提高了反应效率，也提高了传感器的检测灵敏度。与上述发夹型DNA基信号扩增策略相比，熵驱动DNA电路还具有较强的热稳定性和较强的特异性识别能力。此外，它还可以根据特定靶标灵活设计。

图 1. 基于超顺磁纳米结构耦合熵驱动DNA电路的光电化学生物传感器示意图。

基于熵驱动DNA电路和信号表达的分离，有课题组开发了一种简洁而稳健的miRNA-122光电化学传感器。低丰度miRNA-122可以**地触发熵增驱动的DNA分子机器工作体系，通过超顺磁Fe3O4@SiO2-probe DNA可以识别和快捷提取大量输出的output DNAs。由此产生的Fe3O4@SiO2-probe DNA-output DNA复合物基于Watson-Crick碱基配对规则进一步捕捉CdTe-signal DNA。只有在miRNA-122存在的情况下，释放的output DNAs才能起到桥梁作用，促进Fe3O4@SiO2-probe DNA-output DNA-signal DNA-CdTe复合物的形成。该复合物可以通过外部磁力提取，导致瓶中CdTe-signal DNAs成比例减少，进而降低光电流。生物功能化Fe3O4@SiO2粒子磁分离可实现一步电极组装程序，从而构建一个简洁、稳健分子识别与检测相分离的分裂模式光电化学生物传感器。该传感器可用于复杂生物样品中miRNA-122的高性能检测。

图2. (A) Fe3O4、(B) Fe3O4@SiO2和(C) CdTe 粒子的 HRTEM 图像。(D) (a) Fe3O4、(b) Fe3O4@SiO2和(c) CdTe粒子X射线衍射光谱。

图3. 熵驱动DNA电路的电泳表征

图4. miRNA-122光电化学传感器的定量分析、稳定性和抗干扰性测试。

该传感器的设计中除了采用了尺寸均一、单分散的功能纳米材料外，这种简洁的策略还避免了传统电极的层层组装修饰步骤和多次电极冲洗步骤，使得该光电化学生物传感器具有**的稳定性和可重复性。此外，独特的熵驱动信号放大策略和绝缘体Fe3O4@SiO2与光电流信号读取的蓄意分离使得miRNA-122光电化学生物传感器更加灵敏。

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zzj 2021.3.12