DNA分子机器的微针贴片有望成为疾病诊断辅助设备

细胞外三磷酸腺苷（ATP）作为信号分子参与一系列生理过程，其代谢异常与很多疾病（如炎症和感染性疾病等）的发生密切相关。发展胞外ATP的原位检测方法对于阐明相关疾病的发病机理及临床诊断具有重要意义。

据麦姆斯咨询报道，基于微针的可原位检测和DNA分子机器可信号放大的特点，来自华东师范大学化学与分子工程学院的研究人员构建了集成DNA分子机器的微针贴片分析系统，用于细胞外ATP的原位分析。相关研究成果以论文形式发表于《分析化学》期刊。

首先，研究人员将甲基丙烯酰化透明质酸（MAHA）聚合物与蓝光引发剂（LAP）溶解在水中，再加入DNA分子机器混合均匀，然后浇铸到PDMS模具中，待干燥固化后，构建得到装载DAN分子机器的微针贴片（图1）。

图1 集成DNA分子机器的微针贴片分析系统用于ATP的原位检测示意图

制备的微针贴片具有快速溶胀特性，在水溶液中可实现对ATP原位采样；集成的DNA分子机器在ATP驱动下行走，可实现荧光信号放大。将此微针贴片分析系统用于ATP传感，具有宽的检测范围（1~500µmol/L）、低检出限（1µmol/L）和良好的选择性。

图2 （A）单个金纳米颗粒（AuNP）在（a）不存在和（b）存在ATP情况下的荧光信号变化情况；（B）荧光比率随ATP浓度变化的直方图；（C）DNA分子机器对100µmol/LATP及1mmol/L类似物的响应情况；（D）微针贴片对不同浓度的ATP响应的荧光显微镜图；（E）微针贴片的ATP荧光响应曲线；（F）微针贴片对100µmol/LATP及1mmol/L类似物响应的荧光显微镜图。

集成DNA分子机器的微针贴片用于细胞外ATP检测

将肿瘤细胞与生物墨水在培养皿中混合均匀，并培养2d，构建细胞3D模型，然后用注射器向模型中加入高浓度的KCl溶液。将微针检测贴片插入模型中，微针因具有吸水膨胀的特性，可以吸取间质液中的ATP，引发DNA分子机器的运行，放大荧光信号，实现对细胞分泌的ATP的原位检测（图3A）。通过对处理后的微针贴片进行荧光成像，实现对ATP的定量分析。使用0.1mol/L KCl刺激细胞后，用微针贴片原位测定溶液中ATP，平行测定6次。通过倒置荧光显微镜记录其荧光信号，结果如图3B所示，计算得到间质液中细胞分泌ATP浓度为（10.9 ± 1.6）µmol/L，此结果与过往文献测定的ATP浓度（（12.2 ± 2.8）µmol/L）相当，表明该研究设计的集成DNA分子机器的微针贴片可用于原位检测细细胞外的ATP浓度水平。

图3 （A）微针贴片用于原位检测细胞外ATP的示意图；（B）微针贴片检测0.1mol/L KCl刺激细胞分泌ATP的荧光显微镜图。

综上所述，研究人员通过将DNA分子机器生物传感器与微针相结合，构建了集成DNA分子机器的微针贴片。此微针贴片分析系统可放大ATP信号，对ATP检测具有高灵敏度，可用于肿瘤细胞分泌ATP浓度的原位检测。此外，该研究设计的具有高特异性和高灵敏度的提取和检测一体化的微针生物传感检测贴片加工方法简单、绿色环保、成本低，未来有望成为疾病诊断的辅助设备。

审核编辑：彭静