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An electrochemical biosensor equipped with a logic circuit as a smart automaton for two-miRNA pattern detection
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2024-08-26 , DOI: 10.1039/d4an00719k Benting Xie 1 , Shimao Du 1 , Hejun Gao 1 , Juan Zhang 1 , Hongquan Fu 1 , Yunwen Liao 1
Analyst ( IF 3.6 ) Pub Date : 2024-08-26 , DOI: 10.1039/d4an00719k Benting Xie 1 , Shimao Du 1 , Hejun Gao 1 , Juan Zhang 1 , Hongquan Fu 1 , Yunwen Liao 1
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Detecting multiple targets in complex cellular and biological environments yields more reliable results than single-label assays. Here, we introduced an electrochemical biosensor equipped with computing functions, acting as a smart automaton to enable computing-based detection. By defining the logic combinations of miR-21 and miR-122 as detection patterns, we proposed the corresponding AND and OR detection automata. In both logic gate modes, miR-21 and miR-122 could be replaced with single-stranded FO or FA, modified with Fc, binding to the S chain on the electrode surface. This process led to a significant decrease in the square wave voltammetry (SWV) of Fc on the same sensing platform, as numerous ferrocene (Fc)-tagged DNA fragments escaped from the electrode surface. Experimental results indicated that both automata efficiently and sensitively detected the presence of the two targets. This strategy highlighted how a small amount of target could generate a large current signal decrease in the logic automata, significantly reducing the detection limit for monitoring low-abundance targets. Moreover, the short-stranded DNA components of the detection automata exhibited a simple composition and easy programmability of probe sequences, offering an innovative detection mode. This simplified the complex process of detection, data collection, computation, and evaluation. The direct detection result (“0” or “1”) was exported according to the embedded computation code. This approach could be expanded into a detection system for identifying other sets of biomarkers, enhancing its potential for clinical applications.
中文翻译：
配备逻辑电路的电化学生物传感器，作为用于 2-miRNA 模式检测的智能自动机
在复杂的细胞和生物环境中检测多个靶标比单标记检测产生更可靠的结果。在这里，我们介绍了一种配备计算功能的电化学生物传感器，它充当智能自动机，以实现基于计算的检测。通过将 miR-21 和 miR-122 的逻辑组合定义为检测模式，我们提出了相应的 AND 和 OR 检测自动机。在两种逻辑门模式下，miR-21 和 miR-122 都可以替换为单链 FO 或 FA，用 Fc 修饰，与电极表面的 S 链结合。这个过程导致同一传感平台上 Fc 的方波伏安法 （SWV） 显着降低，因为许多二茂铁 （Fc） 标记的 DNA 片段从电极表面逸出。实验结果表明，两种自动机都能有效且灵敏地检测到两个目标的存在。该策略强调了少量目标如何在逻辑自动机中产生较大的电流信号降低，从而显著降低监测低丰度目标的检测限。此外，检测自动机的短链 DNA 成分表现出简单的组成和探针序列的易于编程性，提供了一种创新的检测模式。这简化了检测、数据收集、计算和评估的复杂过程。根据嵌入式计算代码导出直接检测结果（“0”或“1”）。这种方法可以扩展到一个检测系统，用于识别其他生物标志物，从而提高其临床应用的潜力。
更新日期：2024-08-26
中文翻译：
配备逻辑电路的电化学生物传感器，作为用于 2-miRNA 模式检测的智能自动机
在复杂的细胞和生物环境中检测多个靶标比单标记检测产生更可靠的结果。在这里，我们介绍了一种配备计算功能的电化学生物传感器，它充当智能自动机，以实现基于计算的检测。通过将 miR-21 和 miR-122 的逻辑组合定义为检测模式，我们提出了相应的 AND 和 OR 检测自动机。在两种逻辑门模式下，miR-21 和 miR-122 都可以替换为单链 FO 或 FA，用 Fc 修饰，与电极表面的 S 链结合。这个过程导致同一传感平台上 Fc 的方波伏安法 （SWV） 显着降低，因为许多二茂铁 （Fc） 标记的 DNA 片段从电极表面逸出。实验结果表明，两种自动机都能有效且灵敏地检测到两个目标的存在。该策略强调了少量目标如何在逻辑自动机中产生较大的电流信号降低，从而显著降低监测低丰度目标的检测限。此外，检测自动机的短链 DNA 成分表现出简单的组成和探针序列的易于编程性，提供了一种创新的检测模式。这简化了检测、数据收集、计算和评估的复杂过程。根据嵌入式计算代码导出直接检测结果（“0”或“1”）。这种方法可以扩展到一个检测系统，用于识别其他生物标志物，从而提高其临床应用的潜力。
京公网安备 11010802027423号