BCR/ABL融合遺伝子の電気化学的検出のためのHemoglobin@Gold Nanocluster安定化グラフェンナノシートに基づくデュアルモーダルラベルフリージェノセンサー

初めて、バイオセンシングアプリケーションのためのヘモグロビンキャップの金ナノクラスター（hb@auncs）ソリューションで、グラファイト粉末からの安定したグラフェンナノシートを正常に合成しました。このアプローチは、ナノクラスター溶液中のグラファイトの剥離と断片化のための簡単な方法として、低コストで、危険な化学物質や退屈な実験手順を必要とせずに安定した水性グラフェン分散液を生成することができました。この方法では、Hb@auncsは、非共有結合を介したグラフェンの安定化剤としてだけでなく、数層グラフェンナノシートの分散剤としても使用されました。HB@AUNCS安定化グラフェン（HB@AUNCS-G）は、高解像度透過型電子顕微鏡（HRTEM）、ゼータサイザー、ラマン分光法を特徴としていました。次に、グラフェンナノシートは、「シグナルオフ」および「シグナルオン」戦略に基づいて、慢性骨髄性白血病（CML）の短いDNA種の超高感度バイオセンシングのための新しい多用途の電気化学プラットフォームとして適用されました。この目的のために、単一の鎖DNA（SSDNA）をHB@auncs-g/aunps修飾電極表面に固定し、バイオル認識要素として作用しました。メチレンブルー（MB）は、シグナル伝達プローブとして、ssDNAにインターカレーションされました。インターカレート化されたMBは、合成相補DNA（cDNA、標的）との相互作用とともに解放され、それによりMBレドックスシグナルが明らかに減少しました。この設計された「信号オフ」センシングシステムにより、0.1 FMから10 PMの動的線形範囲（DLR）にわたるターゲットcDNAのボルタンメトリック測定が可能になり、検出限界（LOD）が0.037 FMでした。「Signal on」戦略では、酸化還元プローブとしてフェロ/フェリシアニド系を使用して、電子伝達抵抗（RCT）の変化を監視することにより、cDNAに対する応答が検出されました。プローブの電荷移動抵抗は、0.030 FMの検出限界で、0.1 FM-10 PMの範囲で標的cDNAの濃度が増加すると直線的に増加することがわかりました。最後に、ジェノセンサーの選択性と実現可能性は、不一致配列からの導出されたヌクレオチドの分析と、それぞれ白血病患者の実際のサンプルとしての臨床サンプルによって評価されました。

For the first time, we have successfully synthesized stable graphene nanosheets from graphite powder through sonication in the hemoglobin-capped gold nanoclusters (Hb@AuNCs) solution for biosensing application. This approach, as a simple method for the exfoliation and fragmentation of graphite in a nanocluster solution, enabled us to produce stable aqueous graphene dispersions at low cost and without the need for hazardous chemicals or tedious experimental procedures. In this method, Hb@AuNCs were used not only as stabilizing agent of graphene through non-covalent bonding, but also as dispersing agent of few-layer graphene nanosheets. The Hb@AuNCs stabilized graphene (Hb@AuNCs-G) was characterized by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), zeta-sizer and Raman spectroscopy. Then, the graphene nanosheets were applied as a novel versatile electrochemical platform for ultrasensitive biosensing of short DNA species of chronic myelogenous leukemia (CML) based on the "signal off" and "signal on" strategies. For this purpose, a single strand DNA (ssDNA) was immobilized on the Hb@AuNCs-G/AuNPs modified electrode surface and acted as the biorecognition element. Methylene blue (MB), as the signaling probe, was then intercalated into the ssDNA. The intercalated MB was liberated upon interaction with the synthetic complementary DNA (cDNA, target), thereby resulting in the apparent reduction of MB redox signal. This designed "signal off" sensing system enabled the voltammetric determination of the target cDNA over a dynamic linear range (DLR) of 0.1 fM to 10 pM with a limit of detection (LOD) of 0.037 fM. In the "signal on" strategy, the response to the cDNA was detected by monitoring the change in the electron transfer resistance (Rct) using the ferro/ferricyanide system as a redox probe. The charge transfer resistance of the probe was found to increase linearly with increasing concentration of target cDNA in the range of 0.1 fM-10 pM with a limit of detection of 0.030 fM. Finally, the selectivity and feasibility of genosensor was evaluated by the analysis of derived nucleotides from mismatched sequences and the clinical samples of patients with leukemia as real samples, respectively.