背景介绍：

       细胞内疾病相关生物分子在分子水平的高灵敏精准分析对于细胞亚型鉴定至关重要。目前，用于鉴定细胞亚型的DNA逻辑传感平台大多数采用细胞表面不同膜蛋白刺激作为输入然后根据不同信号输出来实现细胞亚型鉴定。由于膜蛋白在细胞膜上的空间分布不均匀，部分探针在穿越细胞膜时会被“漏掉”而使逻辑运算无法保证，导致“假阴性”的逻辑运算结果进而影响细胞亚型鉴定的准确性。此外，标记探针的染料分子还存在易光漂白且单细胞水平靶标物浓度较低而导致荧光信号较弱等缺点。

针对上述科学问题，青岛科技大学徐升豪和罗细亮课题组在近期DNA逻辑传感平台设计应用和等离子体增强荧光的研究工作基础上（Anal. Chem. 2022, 94, 16887-16893; Anal. Chem. 2022, 94, 14467-14474; Anal. Chem. 2022, 94, 5399-5405; Anal. Chem. 2021, 93, 2480-2489; Anal. Chem. 2021, 93, 12329-12336），我们通过结合DNA逻辑运算的精确计算能力和等离激元共振增强荧光（PEF）的优异荧光增强能力，构建了一种由细胞内无嘌呤/无嘧啶核酸内切酶（APE 1）和锚定在细胞膜粘蛋白1 (MUC 1) 上的DNA链（Mk-apt）双重激活荧光增强的“OR-AND”DNA逻辑传感平台，实现了灵敏和准确的细胞亚型鉴定。如图1所示，DNA纳米探针通过细胞膜时其传感功能可以被锚定在膜蛋白上的Mk-apt激活，而“漏掉”未被激活的DNA纳米探针会被细胞内的APE 1再次激活来执行“OR-AND”逻辑运算。这种采用位于细胞不同空间位置的双激活设计可以有效解决因膜蛋白空间分布不均匀而导致的逻辑运算缺失。

图1基于等离激元共振增强荧光的双激活“OR-AND”DNA逻辑传感平台示意图。图片来源：Anal. Chem.

与此同时，我们还将含有20个对称尖端等离子体电场热点（hot spots）的金纳米星作为等离子体激元共振增强荧光基底材料引入到上述设计中（图2），得益于其优异的等离子体增强荧光能力，染料分子的荧光可以显著增强21.8倍进而也极大降低了该体系对目标物的检出限（降低近165倍）。

图2金纳米星的形貌表征及荧光增强结果。图片来源：Anal. Chem.

与单一激活方式相比（仅用锚定在细胞膜上的Mk-apt激活和仅用细胞质内的APE1激活），这种采用位于细胞不同空间位置的双激活设计不仅可以成功鉴定MCF-7、HepG2和L02三种细胞亚型，还可以实现这三种混合培养细胞中三种细胞亚型的精准鉴定。值得注意的是，双激活设计相比于单一Mk-apt激活，红色荧光强度提高近1.67倍，进一步说明改设计可以有效弥补因膜蛋白空间分布不均匀而导致的信号缺失。

图3 “OR-AND”DNA逻辑传感平台在细胞亚型鉴定及成像中的优势对比结果。图片来源：Anal. Chem.

该研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是2020级博士研究生赵婷婷，通讯作者是徐升豪副教授和罗细亮教授。该研究得到国家自然科学基金（21505081、21974075）、山东省省属优青（ZR2019YQ13）、山东省高校优秀青年创新团队项目（2019KJC007）和山东省泰山学者建设专项基金（ts20110829）的资助支持。

论文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.2c05680

Tingting Zhao, Jiaheng Shi, Junhao Wang, Yanyun Cui, Yifan Yang, Shenghao Xu,* and Xiliang Luo*, Fluorescence-Enhanced Dual-Driven “OR-AND” DNA Logic Platform for Accurate Cell Subtype Identification, Anal. Chem., 2023, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c05680