Pathogen Identification: Ultrasensitive Nucleic Acid Detection via a Dynamic DNA Nanosystem-Integrated Ratiometric Electrochemical Sensing Strategy

化学 核酸 DNA 生物传感器 动态范围 检出限 组合化学 纳米技术 生物化学 色谱法 计算机科学 材料科学 计算机视觉
作者
Tao Li,Wei Xing,Fengshan Yu,Ziwei Xue,Xingdong Yang,Guizheng Zou,Ye Zhu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c04736
摘要

Sensitively determining trace nucleic acid is of great significance for pathogen identification. Herein, a dynamic DNA nanosystem-integrated ratiometric electrochemical biosensor was proposed to determine human immunodeficiency virus-associated DNA fragment (HIV-DNA) with high sensitivity and selectivity. The dynamic DNA nanosystem was composed of a target recycling unit and a multipedal DNA walker unit. Both of them could be driven by a toehold-mediated strand displacement reaction, enabling an enzyme-free and isothermal amplification strategy for nucleic acid determination. The target recycling unit could selectively recognize HIV-DNA and activate the multipedal DNA walker unit to roll on the electrode surface, which would lead to bidirectional signal variation for ratiometric readout with cascade signal amplification. Benefiting from the synergistic effect of the dynamic DNA nanosystem and the ratiometric output mode, the ultrasensitive detection of HIV-DNA was achieved in a wide linear range of 6 orders of magnitude with a limit of detection of 36.71 aM. The actual usability of the proposed sensor was also verified in complex biological samples with acceptable performance. This dynamic DNA nanosystem-integrated ratiometric sensing strategy might be promising in the development of reliable point-of-care diagnostic devices for highly sensitive and selective pathogen identification.
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