Itamar Willner：電極上的雜交鏈式反應用於放大的電化學分析和平行分析

雜交鏈式反應（hybridization chain reaction，HCR）是一種典型的放大方法，由於其雜交過程不需要酶的參與，且整個反應過程溫度恆定，在構建檢測DNA的生物感測器中用於被廣大研究者用於靶物質的放大。G-四聯體是一種特殊結構的功能核酸，與氯化血紅素（hemin）結合後具有過氧化物酶活性，可以催化H2O2發生氧化還原反應，產生電子轉移，因此經常被用於功能核酸電化學生物感測器的構建中。

希伯來大學ItamarWillner團隊把HCR應用於電極之上，設計了與靶物質配對的一組發卡，當靶物質存在的時候可以觸發HCR反應的發生，從而實現靶物質信號的放大。之後他們分別在含有不同的氧化還原電信號分子Fe(CN)63-/4-和Ru(NH3)63+的溶液中進行法拉第阻抗圖譜和庫倫電量滴定的掃描，經線性轉換後得到了靶序列的檢測限分別為1.2 nM和1.4 nM。隨後，Alexander Trifonov等人將G-四聯體引入到HCR反應中進行二級放大，當靶物質觸發HCR反應的過程中，發卡中封閉的G-四聯體的序列會被打開，在接頭處形成G-四聯體結構，加入hemin後可以催化H2O2的氧化過程。實驗人採用上述同樣的方法對靶物質進行定量，法拉第阻抗圖譜掃描得其檢測限為1.5 nM，而庫倫電量滴定掃描得到的檢測限為1.2 nM；之後採用循環伏安法（CV）進行掃描，量化得其檢測限為0.2 nM，即相較於前兩種檢測手段，CV法檢測所獲得的靈敏度更高。

圖1. 把序列觸發的電極上的HCR反應原理圖

圖2. 電極上的HCR反應中引入G4進行二次放大的原理圖

點評：

1.將HCR結合到電極上，通過電極易於分離的特點，可以減少體系中的非特異結合；

2.對於引入了G-四聯體結構之後的系統，因為氧化還原反應的存在，選擇檢測電流的方式會更好一些。

聲明：

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Trifonov A,Sharon E, Ran T V, et al. Application of the Hybridization Chain Reaction onElectrodes for the Amplified and Parallel Electrochemical Analysis of DNA[J].Journal of Physical Chemistry C, 2016, 120(29):247-256.

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