杂交链式反应是Dirks和Pierce于2004年提出的一种无酶参与的核酸聚合反应，由目标分子引发若干条热力学稳定的且具有特定二级结构的DNA燃料链发生级联反应，最终产生具有切口的超长链DNA纳米结构。运用杂交链式反应可以实现目标分子的信号放大。
苏州医工所缪鹏课题组前期已基于该技术发展了若干种高性能传感器用于生物活性分子的检测（Nanoscale, 2022, 14, 612; Part. Part. Syst. Charact., 2020, 37, 1900488; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 41157; Sens. Actuators, B, 2019, 297, 126788; Chem. Eng. J., 2018, 353, 305）；总结了该领域的当前进展（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, 13, 38931; TrAC-Trends Anal. Chem., 2017, 94, 1-13）；并提出了若干种新型的杂交链式反应组装方式（Anal. Chem., 2022, 94, 14755; Anal. Chem., 2020, 92, 12700; Anal. Chem., 2020, 92, 12026, Chem. Commun., 2020, 56, 1175）。
近期，该课题组发展了一种新型的线性杂交体系，并结合磁性纳米颗粒及银纳米颗粒用于目标核酸的高灵敏、高特异性分析。首先制备四氧化三铁纳米颗粒用于反应后的快速磁分离，同时在其表面还原微小金纳米颗粒用于固定巯基修饰的DNA探针A。基于纳米材料巨大的比表面积，实现了大量探针A链的固定。该探针包含四个功能区，其中有两个与目标miRNA互补配对，在形成DNA/RNA杂合双链后可以被双链特异性核酸酶（DSN）所识别并作用。该杂合双链中的DNA被特异性消化后释放miRNA用于循环反应，同时产生两条单链探针B和C进一步作用于电极界面的DNA三棱体纳米结构。该结构具有几何刚性，为捕获探针B和C提供了适宜的空间，且识别效率显著提高；在加入特定设计的燃料链H1、H2、H3、H4后，实现了梯形杂交链式反应产物的生长；进一步捕获银纳米颗粒作为电化学探针后，可以通过分析溶出伏安响应对目标miRNA进行定量。
本工作中涉及到的纳米材料表征完备（图1），且相应的反应通过聚丙烯酰胺凝胶电泳、交流阻抗谱、循环伏安图、线性扫描伏安图得到了验证（图2）。在优化的实验条件下能够实现5×10-18 mol/L的检测限，具有良好的序列选择性，并在实际临床样本中进行了检验取得了较好的结果。
本工作得到了苏州市基础研究试点项目(SJC2021016)的资助，结果已发表Biosensors and Bioelectronics, 2023, 220, 114900 (IF=12.545).
论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S095656632200940X
图1 氧化铁纳米颗粒与氧化铁@金复合纳米颗粒的透射电子显微镜图像及EDS分析。
图2 DNA三棱体组装、梯形杂交链式反应组装的凝胶电泳图像及反应各步骤的电化学表征
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