Near-Infrared Light-Powered and DNA Nanocage-Confined Catalytic Hairpin Assembly Nanobiosensor with a Nucleic Acid Restriction Behavior and Reinforced Enzymatic Resistance for Robust Imaging Assay in Live Biosystems

化学 纳米笼 DNA 核酸 分析物 荧光 生物物理学 滚动圆复制 纳米技术 催化作用 聚合酶 生物化学 材料科学 色谱法 生物 物理 量子力学
作者
Meng-Kun Xin,Xiaoming Sun,Hong‐Wu Tang,Chengyu Li
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (18): 7101-7110 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c00473
摘要

While DNA amplifier-built nanobiosensors featuring a DNA polymerase-free catalytic hairpin assembly (CHA) reaction have shown promise in fluorescence imaging assays within live biosystems, challenges persist due to unsatisfactory precision stemming from premature activation, insufficient sensitivity arising from low reaction kinetics, and poor biostability caused by endonuclease degradation. In this research, we aim to tackle these issues. One aspect involves inserting an analyte-binding unit with a photoinduced cleavage bond to enable a light-powered notion. By utilizing 808 nm near-infrared (NIR) light-excited upconversion luminescence as the ultraviolet source, we achieve entirely a controllable sensing event during the biodelivery phase. Another aspect refers to confining the CHA reaction within the finite space of a DNA self-assembled nanocage. Besides the accelerated kinetics (up to 10-fold enhancement) resulting from the nucleic acid restriction behavior, the DNA nanocage further provides a 3D rigid skeleton to reinforce enzymatic resistance. After selecting a short noncoding microRNA (miRNA-21) as the modeled low-abundance sensing analyte, we have verified that the innovative NIR light-powered and DNA nanocage-confined CHA nanobiosensor possesses remarkably high sensitivity and specificity. More importantly, our sensing system demonstrates a robust imaging capability for this cancer-related universal biomarker in live cells and tumor-bearing mouse bodies, showcasing its potential applications in disease analysis.
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