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When Nanoworlds Collide: Implementing DNA Amplification, Nanoparticles, Molecules, and FRET into a Single MicroRNA Biosensor

Authors :
Niko Hildebrandt
Xue Qiu
Jingyue Xu
Chimie Organique et Bioorganique : Réactivité et Analyse (COBRA)
Institut Normand de Chimie Moléculaire Médicinale et Macromoléculaire (INC3M)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Le Havre Normandie (ULH)
Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie Organique Fine (IRCOF)
Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Chimie Organique Fine (IRCOF)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Normand de Chimie Moléculaire Médicinale et Macromoléculaire (INC3M)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Université Le Havre Normandie (ULH)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
ANR-16-CE12-0030,PhenX,Base moléculaire de l'activation de la recombinaison Xer par les phages(2016)
Source :
Nano Letters, Nano Letters, American Chemical Society, 2021, ⟨10.1021/acs.nanolett.1c01351⟩, Nano Letters, 2021, 21 (11), pp.4802-4808. ⟨10.1021/acs.nanolett.1c01351⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
American Chemical Society (ACS), 2021.

Abstract

Isothermal nucleic acid amplification strategies have been combined with nanotechnology for advanced biosensing, material design, and biomedical applications. However, merging phenomena and materials of different nanoscales with the aim of exploiting all their benefits at once has remained a challenging endeavor. Here, we exemplify the various problems one can encounter when combining the nanodimensions of lanthanide complexes (∼2 nm), Förster resonance energy transfer (FRET, ∼5 nm), quantum dots (QDs, ∼20 nm), and rolling circle amplification (RCA, ∼250 nm) into a single microRNA biosensor and how these challenges can be overcome. Six different approaches, including simple FRET-RCA, enzyme-digesting FRET-RCA, and FRET-hyperbranched-RCA were investigated. We demonstrated specific miR-21 detection with 80 fM limit of detection and multiplexing capability with FRET from a Tb complex to different QDs. The detailed view on the various complex multi-nanodimensional assay systems elucidated the limited clinical translation of such sophisticated multicomponent nanobiosensors.

Details

ISSN :
15306992 and 15306984
Volume :
21
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nano Letters
Accession number :
edsair.doi.dedup.....a651cddd8df5b13a57a05efade1db8e7
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01351