Regenerable Electrochemical Biosensor Based on Multi-legged DNA Walker and Host-guest Chemistry for Highly Sensitive Detection of Myocardial Infarction-lelated microRNA

doi:10.7503/cjcu20250255

Abstract

Abstract:

A highly sensitive and regenerable electrochemical biosensor was developed for detecting microRNA-133a-5p（miRNA-133a-5p） via integrating a multi-legged DNA walker with host-guest recognition. The sensor featured a regenerable interface constructed by modifying the electrode surface with reduced graphene oxide-gold nanoparticle composites（rGO@AuNPs） and immobilizing abundant β-cyclodextrin（β-CD）. Upon introduction of miRNA-133a-5p， the target triggered the self-assembly of three hairpin DNA probes into a three-legged DNA walker. Crucially， miRNA-133a-5p was displaced during this process， enabling its cyclic reuse and subsequent amplification of walker generation. The resulting walkers efficiently cleaved signal probes， yielding numerous ferrocene（Fc）-labeled single-stranded DNA fragments. These fragments were captured by β-CD on the electrode surface via host-guest interactions， generating measurable current signals for ultrasensitive miRNA-133a-5p detection. Benefiting from target recycling amplification and the high cleavage efficiency of the three-legged DNA walker， the sensor achieved a remarkably low detection limit of 19.7 fmol/L. Furthermore， electrochemical regulation of the host-guest interaction between Fc and β-CD facilitated six regeneration cycles. This work establishes a novel platform for myocardial infarction diagnosis and proposes an effective strategy for designing regenerable electrochemical biosensors.

Key words: Electrochemical biosensor, Acute myocardial infarction, DNA walker, miRNA-133a-5p, Regenerable

CLC Number:

O657.1

TrendMD:

DAI Zhijiang, SHAN Tengteng, LI Yihe, YANG Jianmei, ZHAO Yan. Regenerable Electrochemical Biosensor Based on Multi-legged DNA Walker and Host-guest Chemistry for Highly Sensitive Detection of Myocardial Infarction-lelated microRNA[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(3): 20250255.

Figures/Tables 10

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Name	Sequence（5'➝3'）
H1	TTGAATTCAGCGATATATTTGGTTCCATTTTACCAGCTGTTTGACAAGAGAGCTGGTAAAATCACCCATGTTACTCTCC
H2	TTGAATTCAGCGATATTTTACCAGCTCTCTTGTCAAACGGAACCAAATATGTTTGACAAGAGCACCCATGTTACTCTCC
H3	TTGAATTCAGCGATCTCTTGTCAAACATATTTGGTTCCAGCTGGTAAAATGGAACCAAATATCACCCATGTTACTCTCC
Fc⁃HP⁃Fc	Fc⁃CACCACAGCGAGGGAGAGTAT/rA/GGAATTCAAGACAACGTGGTG⁃Fc
miRNA⁃133a⁃5p（miRBase ID： hsa⁃miR⁃133a⁃5p）	AGCUGGUAAAAUGGAACCAAAU
miRNA⁃208（miRBase ID： hsa⁃miR⁃208b⁃5p）	AAGCUUUUUGCUCGAAUUAUGU
miRNA⁃499（miRBase ID： hsa⁃miR⁃499a⁃5p）	UUAAGACUUGCAGUGAUGUUU
miRNA⁃328（miRBase ID： hsa⁃miR⁃328⁃3p）	CUGGCCCUCUCUGCCCUUCCGU
miRNA⁃133b（miRBase ID： hsa⁃miR⁃133b）	UUUGGUCCCCUUCAACCAGCUA
single⁃base mismatch	AGCUGGUAAAAUGGATCCAAAU

Name	Sequence（5'➝3'）
H1	TTGAATTCAGCGATATATTTGGTTCCATTTTACCAGCTGTTTGACAAGAGAGCTGGTAAAATCACCCATGTTACTCTCC
H2	TTGAATTCAGCGATATTTTACCAGCTCTCTTGTCAAACGGAACCAAATATGTTTGACAAGAGCACCCATGTTACTCTCC
H3	TTGAATTCAGCGATCTCTTGTCAAACATATTTGGTTCCAGCTGGTAAAATGGAACCAAATATCACCCATGTTACTCTCC
Fc⁃HP⁃Fc	Fc⁃CACCACAGCGAGGGAGAGTAT/rA/GGAATTCAAGACAACGTGGTG⁃Fc
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Sample	Added/（pmol·L^-1）	Found/（pmol·L^-1）	Recovery（%）	RSD（%）
1	0.500	0.52	104	2.1
2	10.0	9.7	97	3.9
3	1.00 × 10³	1.06×10³	106	2.7

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