زیست حسگر DNA فوق حساس مبتنی بر پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم الکتروشیمیایی
چکیده
ما در اینجا یک زیست حسگر DNA بسیار گزینشی و فوق حساس مبتنی بر تقویت سیگنال پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم الکتروشیمیایی (ATRP) و "شیمی کلیک" را گزارش می‌کنیم. زیست حسگر با ایستا کردن تیول و آزید اصلاح شده با DNAهای سنجاق سری بر روی سطح الکترود طلا تهیه شد. در حضور DNAهای هدف (T-DNA)، پروبهای سنجاق سری متصل با T-DNAها برای تشکیل DNA دوتایی و حلقه DNA سنجاق سری باز شدند تا گروه‌های آزید در سرهای 3′ قابل دسترس باشند. "کلیک واکنشها" بین آزید و propargyl-2 bromoisobutyrate (PBIB) ادامه یافتند تا واکنش ATRP را که تعداد زیادی از فروسنیل متیل متااکریلات (FMMA) را بر سطح الکترود ایجاد می‌کنند، آغاز کنند. مقدار FMMAبا تراکم TDNA متناسب بود و توسط ولتامتری موج مربعی نشان داده شد. با ترکیب تقویت سیگنال ATRP با "شیمی کلیک"، زیست حسگر DNA بهینه شده قادر به تشخیص 0.2 aM. T-DNA بود. کاربرد اولیه زیست حسگر DNA توسعه یافته با شناسایی DNA هدف در نمونه‌های سرم اسپایک شده نشان داده شد. توسعه زیست حسگر DNA امیدواری زیادی را برای شناسایی زیست حسگرهای ژنی نشان می‌دهد.
1. مقدمه
آزمایش اسید نوکلئیک با حساسیت و ویژگی بالا به خصوص در زمینه بیماریها (Fan و همکاران، 2006؛ Farjami و همکاران، 2011)، تشخیص مولکولی (Zhou و همکاران 2014)، تحقیقات زیست پزشکی (Palecek و همکاران، 2012)، استفاده از دارو (Meng و همکاران، 2016؛ Zhu و همکاران 2013)، نظارت زیست محیطی (Zhou و همکاران، 2017) و ایمنی غذا (Li و همکاران 2010) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. استراتژی‌ها و فن آوریهای مختلفی برای شناسایی توالیهای منحصربفرد DNA مطرح شده‌اند. آگاروز و الكتروفورز ژل پلياكريلآميد (Southern، 1975؛ Zhu و همکاران 2015)، واکنش زنجیره پلیمراز در زمان واقعی (RT-PCR) (Doi و همکاران، 2015)، ریزآرایه‌های DNA ( تراشه ژنی) (Cho و Tiedje، 2002)، دستگاه BIAcore تشدید پلاسمون سطحی (Ding و همکاران، 2017) و سیستم GeneXpert (Jones و همکاران، 2001)، به عنوان روندهای استاندارد در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
4. نتیجه گیری
ما یک زیست حسگر بسیار گزینشی و فوق حساس DNA را با استفاده از تقویت سیگنال پلیمریزاسیون رادیکالی انتقال اتم الکتروشیمیایی (ATRP) و "شیمی کلیک" توسعه داده‌ایم. این زیست حسگر تحت شرایط مطلوب قادر به تشخیص حداقل 0.2 aM از DNA هدف بود. کاربرد اولیه این زیست حسگر DNA توسعه یافته با تشخیص DNA هدف در نمونه‌های سرم اسپایک شده نشان داده شد. بهینه سازیهای بیشتری برای کوتاه کردن کل زمان آزمایش برای کاربردهای واقعی زیست حسگر لازم است. زیست حسگر DNA توسعه یافته، امیدواری زیادی را برای تشخیص شاخصهای زیستی ژنی مانند microRNA نشان می‌دهد.
Abstract
Here we report a highly selective and ultrasensitive DNA biosensor based on electrochemical atom transfer radical polymerization (ATRP) signal amplification and “Click Chemistry”. The DNA biosensor was prepared by immobilizing thiol and azide modified hairpin DNAs on gold electrode surface. In the presence of target DNAs (T-DNA), hairpin probes hybridized with T-DNAs to form a duplex DNA, and the ring of hairpin DNA was opened to make azide groups accessible at 3′ ends. “Click reactions” proceeded between the azide and propargyl-2-bromoisobutyrate (PBIB) to initiate the ATRP reaction which brought a large number of ferrocenylmethyl methacrylate (FMMA) on the electrode surface. The amount of FMMA was proportional to the concentration of T-DNA and quantified by square wave voltammetry. Combining ATRP signal amplification with “Click Chemistry”, the optimized DNA biosensor was capable of detecting 0.2 aM. T-DNA. The preliminary application of the developed DNA biosensor was demonstrated by detecting target DNA in spiked serum samples. The developed DNA biosensor shows great promise for the detection of gene biomarkers.
1. Introduction
The nucleic acid test with high sensitivity and specificity is very important of central importance, especially in the field of diseases (Fan et al., 2006; Farjami et al., 2011), molecular diagnosis (Zhou et al., 2014), biomedical research (Palecek et al., 2012), medicine exploitation (Meng et al., 2016; Zhu et al., 2013), environmental monitoring (Zhou et al., 2017) and food safety (Li et al., 2010). Various strategies and technologies have been developed to identify unique DNA sequences. Agarose, and polyacrylamide gel electrophoresis (Southern, 1975; Zhu et al., 2015), real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) (Doi et al., 2015), DNA microarrays (gene chip) (Cho and Tiedje, 2002), the surface Plasmon resonance BIAcore instrument (Ding et al., 2017) and GeneXpert system (Jones et al., 2001) have been used as standard procedures in research laboratories.
4. Conclusions
We have developed a highly selective and ultrasensitive DNA biosensor using electrochemically mediated surface-initiated atom transfer radical polymerization (ATRP) signal amplification and “Click Chemistry”. Under optimal conditions, the biosensor was capable of detecting minimum 0.2 aM. target DNA. The preliminary application of the developed DNA biosensor was demonstrated by detecting target DNA in spiked serum samples. More optimizations are required to shorten the total assay time for real biosensor applications. The developed DNA biosensor shows great promise for the detection of gene biomarkers such as microRNA.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. آزمایشی
2.1. مواد شیمیایی و واکنش دهنده
2.2. پیش عملیات الکترود طلا
2.3. DNA سنجاق سری خودتجمع یافته بر روی الکترود طلا
2.4. ارزیابی الکتروشیمیایی
2.5. تجهیزات
3. نتایج و بحث
3.1. اصل عملکرد زیست حسگر DNA الکتروشیمیایی
3.2. امکان سنجی زیست حسگر
3.3. توصیف زیست حسگر
3.4. بهینه سازی شرایط آزمایشی
3.5. عملکرد تحلیلی
3.6. تشخیص DNA در سرم انسانی اسپایک شده
4. نتیجه گیری
منابع
Abstract
1. Introduction
2. Experimental
2.1. Chemicals and reagents
2.2. Pretreatment of gold electrode
2.3. Self-assembling hairpin DNA on gold electrode
2.4. Electrochemical measurement
2.5. Apparatus
3. Results and discussion
3.1. The principle of electrochemical DNA biosensor
3.2. Feasibility of the biosensor
3.3. Characterization of the biosensor
3.4. Optimization of experimental conditions
3.5. Analytical performance
3.6. Detection of DNA in spiked human serum
4. Conclusions
References
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه