近日，西南大学袁若教授和刘红艳副教授组装了具有优异光电化学（PEC）效率的新型光活性聚（3,4-乙基-烯二氧噻吩（PEDOT）/FeOOH/BiVO4纳米杂化物，用于构建用于microRNA-375-3p（miRNA-375-3p）检测的超灵敏生物传感器。与传统的FeOOH/BiVO4光活性复合材料相比，由于PEDOT促进了界面电荷分离，PEDOT/FeOOH/BiVO4纳米杂化物表现出显著增强的光电流，PEDOT不仅用作电子导体，还用作局部光热加热器以增强光生载流子分离。基于该PEDOT/FeOOH/BiVO4光电极和包括靶诱导催化发夹组装（CHA）和杂交链式反应（HCR）的无酶信号放大策略，建立了用于检测miRNA-375-3p的PEC传感平台，实现了从1 fM到10 pM的宽线性范围，检测限为0.3 fM。相关工作以“PEDOT/FeOOH/BiVO4 Nanohybrids
with Excellent Photoelectric Performance Promoted by Photothermal Effects for
the Ultrasensitive Detection of MicroRNA-375-3p”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。要点1. 者通过光热效应促进PEDOT/FeOOH/BiVO4纳米杂化物具有优异的光电性能，从而建立了一种用于检测循环microRNA癌症生物标记物的灵敏PEC传感器。构建PEDOT/FeOOH/BiVO4光阳极以实现强烈的初始光电流。要点2. 通过沉积的金纳米颗粒（Au-NP）将PolyA-HP1固定在电极上之后，靶miRNA-375-3p可以与PolyA-HP2杂交以产生单链片段，该单链片段与HP2反应形成PolyA-HP1-HP2 DNA双链体。释放的靶能够参与打开光电极上剩余的PolyA-HP1。所形成的具有特殊脚趾的PolyA-HP1-HP2将进一步与HP3和HP4杂交以产生长双链（dsDNA）聚合物（PolyA-HP1-HP2-（HP3-HP4）n）。最终实现了涉及催化发夹组装（CHA）和杂交链式反应（HCR）的靶诱导扩增策略，将少量miRNA-375-3p转化为dsDNA聚合物，用于固定亚甲基蓝（MB）作为嵌入剂，以促进电子转移；从而获得了用于miRNA-375-3p定量检测的显著增加的光电流信号。要点3. 得益于PEDOT/FeOOH/BiVO4光阳极的高初始光电流和靶诱导扩增策略，所提出的PEC生物传感器在超灵敏检测miRNA-375-3p方面表现出优异的性能，显示出在各种生物分析和疾病诊断中的潜在应用。这项工作为开发高性能PEC生物传感器提供了一种通用的光电流增强策略，用于生物标记物的敏感检测和早期疾病诊断。图1. （A）光热和光电效应促进的光阳极和光生载流子转移机制的组装过程和（B）PEC生物传感器的制造过程的示意图。图2.（A）PEDOT（插图为相应的粒度分布）、（B）FeOOH和（C）BiVO4的SEM。（D）PEDOT、FeOOH和BiVO4的XRD。图3.（A）裸GCE（空白）和用PEDOT、PEDOT/FOOH和PEDOT/FeOOH/BiVO4修饰的电极在光照下的温度变化。（B）PEDOT/FeOOH/BiVO4修饰电极在照明下的红外图像。（C）FeOOH/BiVO4-和PEDOT/FeOOH/BiVO4-修饰电极在不同温度下的光电流。（D）不同修饰电极的电化学阻抗谱（EIS）。（E） 不同修饰电极的光电流。（F）FeOOH和（G）BiVO4的Mott−Schottky图。（H） Tauc图和FeOOH的相关UV-vis吸附光谱（插图）。（一）PEDOT/FeOOH/BiVO4光阳极的可能光生载流子转移机制。图4.（A）核酸扩增策略的天然10%PAGE分析：泳道1:PolyA-HP1，泳道2:HP2，泳道3:靶miRNA-375-3p，泳道4:PolyA-HP1+HP2，第5泳道：PolyA-HP1+1+HP2+靶，泳道6:HP3，泳道7:HP4，泳道8:HP3+HP4；泳道9：PolyA-HP1+HP2+HP3+HP4，泳道10：PolyA-HP 1+HP2+靶+HP3+HP4。（B）PEC和（C）（a）裸GCE、（b）GCE/PEDOT、（c）GCE/PEDOT/FeOOH、（d）GCE/PEDOT/FeOH/BiVO4、（e）GCE/ PEDOOT/FeBOH/BiVO4/Dep Au、（f）GCE/PEDOT/FeVOH/BiVO4/Dep Au/PolyA-HP1、（g）GCE/PEDOT/FeOOH/BiVO4/Dep-a-HP1/HT、（i）GCE/PEDOT/FeOOH/BiVO4/Dep-Au/PolyA-HP1/HT/靶/HP2/HP3/HP4以及（j）GCE/PEDOT/FeOOH/BiVO4/Dep-Au/PolyA-HP1/HT/靶/HP2/HP3/HP4/MB的（B）PEC和（C）CV。图5.（A）构建的生物传感器对各种浓度miRNA-375-3p的光电流：1 fM、5 fM、10 fM、100 fM、1 pM、5 pM和10 pM。（B）目标检测的校准曲线。（C）可编程核酸反应过程（1pM miRNA-375-3p）后生物传感器的稳定性。（D）选择性分析：生物传感器对10 fM miRNA 375-3p、1 pM miRNA-182-5p、miRNA-21、miRNA-141和空白样品的光电流。PEDOT/FeOOH/BiVO4
Nanohybrids with Excellent Photoelectric Performance Promoted by Photothermal
Effects for the Ultrasensitive Detection of MicroRNA-375-3p
Shuai Wang, Yaqin Chai, Ruo Yuan,* Hongyan
Liu*DOI: 10.1021/acs.analchem.2c0465
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