臨床サンプル中のサイロキシン検出のための多機能DNA/ロジウムナノプレートヘテロレイヤーからなる電気化学バイオセンサーの作製

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Colloids Surf B Biointerfaces.2020 Jul;195:111240. S0927-7765(20)30596-8. doi: 10.1016/j.colsurfb.2020.111240.Epub 2020-07-02.

臨床サンプル中のサイロキシン検出のための多機能DNA/ロジウムナノプレートヘテロレイヤーからなる電気化学バイオセンサーの作製

Fabrication of electrochemical biosensor composed of multi-functional DNA/rhodium nanoplate heterolayer for thyroxine detection in clinical sample.

Sun Yong Park
Jinmyeong Kim
Gyeonghye Yim
Hongje Jang
Yeonju Lee
Soo Min Kim
Chulhwan Park
Min-Ho Lee
Taek Lee

PMID: 32652400 DOI: 10.1016/j.colsurfb.2020.111240.

抄録

チロキシン（T4）は4つのヨウ素原子を含み、甲状腺で合成される主要な甲状腺ホルモンです。体内のT4濃度が異常になると、様々な内分泌疾患を引き起こす原因となります。本研究では、T4濃度を正確に検出するために、多機能DNA構造/ロジウムナノプレートヘテロレイヤーからなる電気化学バイオセンサーを作製した。DNA 3-way junction (3WJ)構造は、複数の機能（標的検出、電気化学的シグナルの報告、固定化を含む）を同時に実行する多機能バイオプローブとして設計された。T4とT4 DNAアプタマーとの結合は、酵素結合アプタマーアッセイ（ELAAs）とろ過実験により確認した。多機能DNAは、多孔質ロジウムナノプレート(pRhNPs)-ヘテロ層修飾Auマイクロギャップ電極上に固定化された。多機能DNAは、多孔質ロジウムナノプレート(pRhNPs)-ヘテロ層修飾金マイクロギャップ電極上に固定化され、表面積の増加と電気化学的信号の増幅をもたらした。サイクリックボルタンメトリー(CV)と電気化学インピーダンス分光法(EIS)を用いてT4を検出した。最適な条件では、T4の検出限界は10.33 pMであることがわかった。さらに、臨床サンプルからは最大11.41 pMのT4が検出された。本研究は、多機能DNA/pRhNPsヘテロレイヤーを用いたT4の無標識検出の可能性を示しており、近い将来、低分子検出プラットフォームへの応用が可能であることを示している。

Thyroxine (T4) contains four iodine atoms and is a major thyroid hormone synthesized in the thyroid gland. Abnormal levels of T4 in the body cause various endocrine diseases. The present study describes the fabrication of an electrochemical biosensor composed of a multi-functional DNA structure/rhodium nanoplates heterolayer for precise detection of T4 concentration. A DNA 3-way junction (3WJ) structure was designed as a multi-functional bioprobe to perform several functions (including target detection, electrochemical signal reporting, and immobilization) simultaneously. Binding between T4 and the T4 DNA aptamer was confirmed through enzyme-linked aptamer assays (ELAAs) and filtration experiments. The multi-functional DNA was immobilized on porous rhodium nanoplates (pRhNPs)-heterolayer modified Au micro-gap electrode. The pRhNPs provided an increment in the surface area and amplification of the electrochemical signal. Cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used to detect T4. Under optimal conditions, the limit of detection of T4 was found to be 10.33 pM. Furthermore, up to 11.41 pM of T4 could be detected in clinical samples. This study demonstrates the possibility of label-free detection of the T4 with multi-functional DNA/pRhNPs heterolayer that can be applied to small molecule detection platform in the near future.