細胞外三磷酸腺苷（ATP）作為信號分子參與一系列生理過程，其代謝異常與很多疾病（如炎癥和感染性疾病等）的發(fā)生密切相關。發(fā)展胞外ATP的原位檢測方法對于闡明相關疾病的發(fā)病機理及臨床診斷具有重要意義。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，基于微針的可原位檢測和DNA分子機器可信號放大的特點，來自華東師范大學化學與分子工程學院的研究人員構建了集成DNA分子機器的微針貼片分析系統(tǒng)，用于細胞外ATP的原位分析。相關研究成果以論文形式發(fā)表于《分析化學》期刊。

首先，研究人員將甲基丙烯酰化透明質(zhì)酸（MAHA）聚合物與藍光引發(fā)劑（LAP）溶解在水中，再加入DNA分子機器混合均勻，然后澆鑄到PDMS模具中，待干燥固化后，構建得到裝載DAN分子機器的微針貼片（圖1）。

圖1 集成DNA分子機器的微針貼片分析系統(tǒng)用于ATP的原位檢測示意圖

制備的微針貼片具有快速溶脹特性，在水溶液中可實現(xiàn)對ATP原位采樣；集成的DNA分子機器在ATP驅動下行走，可實現(xiàn)熒光信號放大。將此微針貼片分析系統(tǒng)用于ATP傳感，具有寬的檢測范圍（1~500μmol/L）、低檢出限（1μmol/L）和良好的選擇性。

圖2 （A）單個金納米顆粒（AuNP）在（a）不存在和（b）存在ATP情況下的熒光信號變化情況；（B）熒光比率隨ATP濃度變化的直方圖；（C）DNA分子機器對100μmol/LATP及1mmol/L類似物的響應情況；（D）微針貼片對不同濃度的ATP響應的熒光顯微鏡圖；（E）微針貼片的ATP熒光響應曲線；（F）微針貼片對100μmol/LATP及1mmol/L類似物響應的熒光顯微鏡圖。

集成DNA分子機器的微針貼片用于細胞外ATP檢測

將腫瘤細胞與生物墨水在培養(yǎng)皿中混合均勻，并培養(yǎng)2d，構建細胞3D模型，然后用注射器向模型中加入高濃度的KCl溶液。將微針檢測貼片插入模型中，微針因具有吸水膨脹的特性，可以吸取間質(zhì)液中的ATP，引發(fā)DNA分子機器的運行，放大熒光信號，實現(xiàn)對細胞分泌的ATP的原位檢測（圖3A）。通過對處理后的微針貼片進行熒光成像，實現(xiàn)對ATP的定量分析。使用0.1mol/L KCl刺激細胞后，用微針貼片原位測定溶液中ATP，平行測定6次。通過倒置熒光顯微鏡記錄其熒光信號，結果如圖3B所示，計算得到間質(zhì)液中細胞分泌ATP濃度為（10.9 ± 1.6）μmol/L，此結果與過往文獻測定的ATP濃度（（12.2 ± 2.8）μmol/L）相當，表明該研究設計的集成DNA分子機器的微針貼片可用于原位檢測細細胞外的ATP濃度水平。

圖3 （A）微針貼片用于原位檢測細胞外ATP的示意圖；（B）微針貼片檢測0.1mol/L KCl刺激細胞分泌ATP的熒光顯微鏡圖。

綜上所述，研究人員通過將DNA分子機器生物傳感器與微針相結合，構建了集成DNA分子機器的微針貼片。此微針貼片分析系統(tǒng)可放大ATP信號，對ATP檢測具有高靈敏度，可用于腫瘤細胞分泌ATP濃度的原位檢測。此外，該研究設計的具有高特異性和高靈敏度的提取和檢測一體化的微針生物傳感檢測貼片加工方法簡單、綠色環(huán)保、成本低，未來有望成為疾病診斷的輔助設備。