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多荧光团 DNA 折纸灯塔作为生物传感平台。

Multifluorophore DNA Origami Beacon as a Biosensing Platform.

出版信息

ACS Nano. 2018 Jun 26;12(6):5699-5708. doi: 10.1021/acsnano.8b01510. Epub 2018 May 24.

DOI:10.1021/acsnano.8b01510
PMID:29763544
Abstract

Biosensors play increasingly important roles in many fields, from clinical diagnosis to environmental monitoring, and there is a growing need for cheap and simple analytical devices. DNA nanotechnology provides methods for the creation of sophisticated biosensors, however many of the developed DNA-based sensors are limited by cumbersome and time-consuming readouts involving advanced experimental techniques. Here we describe design, construction, and characterization of an optical DNA origami nanobiosensor device exploiting arrays of precisely positioned organic fluorophores. Two arrays of donor and acceptor fluorophores make up a multifluorophore Förster resonance energy-transfer pair that results in a high-output signal for microscopic detection of single devices. Arrangement of fluorophores into arrays increases the signal-to-noise ratio, allowing detection of signal output from singular biosensors using a conventional fluorescence microscopy setup. Single device analysis enables detection of target DNA sequences in concentrations down to 100 pM in <45 min. We expect that the presented nanobiosensor can function as a general platform for incorporating sensor modules for a variety of targets and that the strong signal amplification properties may allow detection in portable microscope systems to be used for biosensor applications in the field.

摘要

生物传感器在许多领域(从临床诊断到环境监测)中发挥着越来越重要的作用,因此人们越来越需要廉价且简单的分析设备。DNA 纳米技术为复杂生物传感器的创建提供了方法,然而,许多已开发的基于 DNA 的传感器受到繁琐且耗时的读出过程的限制,其中涉及到先进的实验技术。在这里,我们描述了一种光学 DNA 折纸纳米生物传感器设备的设计、构建和特性,该设备利用精确定位的有机荧光团阵列。两个供体和受体荧光团阵列组成了多荧光团Förster 共振能量转移对,从而为单个设备的微观检测提供了高输出信号。荧光团的排列成阵列增加了信号与噪声的比值,允许使用常规荧光显微镜设置检测单个生物传感器的信号输出。使用单个设备分析,可以在<45 分钟内检测到低至 100 pM 的目标 DNA 序列。我们预计,所提出的纳米生物传感器可以作为一种通用平台,用于整合各种目标的传感器模块,并且强大的信号放大特性可能允许在便携式显微镜系统中进行检测,从而将其用于现场的生物传感器应用。

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