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CRISPR/Cas12a-Powered EC/FL Dual-Mode Controlled-Release Homogeneous Biosensor for Ultrasensitive and Cross-Validated Detection of Messenger Ribonucleic Acid

化学 分子信标 生物传感器 清脆的 同种类的 双模 色谱法 计算生物学 生物化学 寡核苷酸 基因 生物 航空航天工程 热力学 工程类 物理
作者
Jiangbo Dong,Xinyao Li,Shiying Zhou,Yin Liu,Liyuan Deng,Jian Chen,Jingzhou Hou,Changjun Hou,Danqun Huo
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (32): 12122-12130 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c02335
摘要

Accurate detection of cancer-associated mRNAs is beneficial to early diagnosis and potential treatment of cancer. Herein, for the first time, we developed a novel CRISPR/Cas12a-powered electrochemical/fluorescent (EC/FL) dual-mode controlled-release homogeneous biosensor for mRNA detection. A functionalized ssDNA P2-capped Fe3O4–NH2 loaded with methylene blue (P2@MB–Fe3O4–NH2) was synthesized as the signal probe, while survivin mRNA was chosen as the target RNA. In the presence of the target mRNA, the nicking endonuclease-mediated rolling circle amplification (NEM-RCA) was triggered to produce significant amounts of ssDNA, activating the collateral activity of Cas12a toward the surrounding single-stranded DNA. Thus, the ssDNA P1 completely complementary to ssDNA P2 was cleaved, resulting in that the ssDNA P2 bio-gate on Fe3O4–NH2 could not be opened due to electrostatic interactions. As a result, there was no or only a little MB in the supernatant after magnetic separation, and the measured EC/FL signal was exceedingly weak. On the contrary, the ssDNA P2 bio-gate was opened, enabling MB to be released into the supernatant, and generating an obvious EC/FL signal. Benefiting from the accuracy of EC/FL dual-mode cross-verification, high amplification efficiency, high specificity of NEM-RCA and CRISPR/Cas12a, and high loading of mesoporous Fe3O4–NH2 on signal molecules, the strategy shows aM-level sensitivity and single-base mismatch specificity. More importantly, the practical applicability of this dual-mode strategy was confirmed by mRNA quantification in complex serum environments and tumor cell lysates, providing a new way for developing a powerful disease diagnosis tool.
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