A new signal amplification strategy based on thionine (TH)-doped magnetic gold nanospheres as labels and horseradish peroxidase (HRP) as enhancer holds promise to improve the sensitivity and detection limit of the immunoassay for carcinoembryonic antigen (CEA), as a model protein. This immunoassay system was fabricated on a carbon fiber microelectrode (CFME) covered with a well-ordered anti-CEA/protein A/nanogold architecture. The reverse micelle method was initially used for the preparation of TH-doped magnetic gold nanospheres (nanospheres), and the synthesized nanospheres were then labeled on HRP-bound anti-CEA as a secondary antibody (bionanospheres). Sandwich-type protocol was successfully introduced to develop a new high-efficiency electrochemical immunoassay with the labeled bionanospheres toward the reduction of H2O2. Under optimized conditions, the linear range of the proposed immunoassay without HRP as enhancer was 1.2−125 ng/mL CEA, whereas the assay sensitivity by using HRP as enhancer could be further increased to 0.01 ng/mL with the linear range from 0.01 to 160 ng/mL CEA. The developed immunoassay method showed good precision, high sensitivity, acceptable stability and reproducibility, and could be used for the detection of real samples with consistent results in comparison with those obtained by the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) method.

In this work, we describe a new universal and highly sensitive strategy for electrochemiluminescent (ECL) detection of sequence specific DNA at the femtomolar level via in situ hybridization chain reaction (HCR) signal amplification. The DNA capture probes are self-assembled on a gold electrode. The presence of the target DNA and two hairpin helper DNAs leads to the formation of extended dsDNA polymers through HCR on the electrode surface. The in situ, HCR-generated dsDNA polymers cause the intercalation of numerous ECL indicators (Ru(phen)(3)(2+)) into the dsDNA grooves, resulting in significantly amplified ECL signal output. The proposed strategy combines the amplification power of the DNA HCR and the inherent high sensitivity of the ECL technique and enables low femtomolar detection of sequence specific DNA. The developed strategy also shows high selectivity against single-base mismatch sequences, which makes our new universal and highly sensitive HCR-based method a useful addition to the amplified DNA detection arena.

Herein, by directly using Watson-Crick base pairing, a highly ordered and field-free three-dimensional (3D) DNA nanostructure is self-assembled by azobenzene (azo)-functionalized DNA nippers in a few minutes, which was applied as a 3D DNA nanomachine with an improved movement efficiency compared to traditional Au-based 3D nanomachines due to the organized and high local concentration of nippers on homogeneous DNA nanostructure. Once microRNA (miRNA) interacts with the 3D nanomachine, the nippers "open" to hybridize with the miRNA. Impressively, photoisomerization of the azo group induces dehybridization/hybridization of the nippers and miRNA under irradiation at different wavelengths, which easily solves one main technical challenge of DNA nanotechnology and biosensing: reversible locomotion in one step within 10 min. As a proof of concept, the described 3D machine is successfully applied in the rapid single-step detection of a biomarker, which gives impetus to the design of new generations of mechanical devices beyond the traditional ones with ultimate applications in sensing analysis and diagnostic technologies.

Herein, a dual self-protected DNAzyme-based 3D DNA walker (dSPD walker), composed of activated dual self-protected walking particles (ac-dSPWPs) and track particles (TPs), was constructed for ultrasensitive and ultrahigh-speed fluorescence detection and imaging of microRNAs (miRNAs) in living cells. Impressively, compared with the defect that "one" target miRNA only initiates "one" walking arm of the conventional single self-protected DNAzyme walker, the dSPD walker benefits from the secondary amplification and spatial confinement effect and could guide "one" target miRNA to generate "n" secondary targets, thereby initiating "n" nearby walking strands immediately, realizing the initial rate over one-magnitude-order faster than that of the conventional one. Moreover, in the process of relative motion between ac-dSPWPs and TPs, the ac-dSPWPs could cleave multiple substrate strands simultaneously to speed up movement and reduce the derailment rate, as well as combine with successive TPs to facilitate a large amount of continuous signal accumulation, achieving an ultrafast detection of miRNA-221 within 10 min in vitro and high sensitivity with a low detection limit of 0.84 pM. In addition, the DNA nanospheres obtained by the rolling circle amplification reaction can capture the Cy5 fluorescence dispersed in liquids, which achieves the high-contrast imaging of miRNA-221, resulting in further ultrasensitive imaging of miRNA-221 in cancer cells. The proposed strategy has made a bold innovation in the rapid and sensitive detection as well as intracellular imaging of low-abundance biomarkers, offering promising application in early diagnosis and relevant research of cancer and tumors.

Herein, a novel zinc-organic gel with self-catalysis-enhanced electrochemiluminescence (ECL) performance was prepared as an emitter for the first time to assemble a biosensor for ultrasensitive detection of microRNA-221 (miR-221) related to liver cancer. Interestingly, Zn

In this study, a novel europium dual-ligand metal–organic gel (Eu-D-MOGs) with high-efficient anodic annihilation electrochemiluminescence (ECL) was synthesized as an ECL emitter to construct a biosensor for ultrasensitive detection of microRNA-221 (miR-221). Impressively, compared to the ECL signal of europium single-ligand metal–organic gels (Eu-S-MOGs), the ECL signal of Eu-D-MOGs was significantly improved since the two organic ligands could jointly replace the H2O and coordinate with Eu3+, which could remarkably reduce the nonradiative vibrational energy transfer caused by the coordination between H2O and Eu3+ with a high coordination demand. In addition, Eu-D-MOGs could be electrochemically oxidized to Eu-D-MOGs•+ at 1.45 V and reduced to Eu-D-MOGs•– at 0.65 V to achieve effective annihilation of ECL, which overcame the side reaction brought by the remaining emitters at negative potential. This benefited from the annihilation ECL performance of the central ion Eu3+ caused by its redox in the electrochemical process. Furthermore, the annihilation ECL signal of Eu3+ could be improved by sensitizing Eu3+ via the antenna effect. In addition, combined with the improved rolling circle amplification-assisted strand displacement amplification strategy (RCA-SDA), a sensitive biosensor was constructed for the sensitive detection of miR-221 with a low detection limit of 5.12 aM and could be successfully applied for the detection of miR-221 in the lysate of cancer cells. This strategy offered a unique approach to synthesizing metal–organic gels as ECL emitters without a coreactant for the construction of ECL biosensing platforms in biomarker detection and disease diagnosis.

Ru-based electrochemiluminescence (ECL) coordination polymers are widely employed for bioanalysis and medical diagnosis. However, commonly used Ru-based coordination polymers face the limitation of low efficiency due to the long distance between the ECL reagent and the coreactant dispersed in detecting solution. Herein, we report a dual-ligand self-enhanced ECL coordination polymer, composed of tris(4,4'-dicarboxylic acid-2,2'-bipyridyl) ruthenium(II) dichloride (Ru(dcbpy)

Herein, CsPbBr3 perovskite quantum dots (CPB PQDs)@poly(methyl methacrylate) (PMMA) (CPB@PMMA) nanospheres were used as energy donors with high Förster resonance energy transfer (FRET) efficiency and exceptional biocompatibility for ultrasensitive dynamic imaging of tiny amounts of microRNAs in living cells. Impressively, compared with traditional homogeneous single QDs as energy donors, CPB@PMMA obtained by encapsulating numerous CPB PQDs into PMMA as energy donors could not only significantly increase the efficiency of FRET via improving the local concentration of CPB PQDs but also distinctly avoid the problem of cytotoxicity caused by divulged heavy metal ions entering living cells. Most importantly, in the presence of target miRNA-21, DNA dendrimer-like nanostructures labeled with 6-carboxy-tetramethylrhodamine (TAMRA) were generated by the exposed tether interhybridization of the Y-shape structure, which could wrap around the surface of CPB@PMMA nanospheres to remarkably bridge the distance of FRET and increase the opportunity for effective energy transfer, resulting in excellent precision and accuracy for ultrasensitive and dynamic imaging of miRNAs. As proof of concept, the proposed strategy exhibited ultrahigh sensitivity with a detection limit of 45.3 aM and distinctly distinguished drug-irritative miRNA concentration abnormalities with living cells. Hence, the proposed enzyme-free CPB@PMMA biosensor provides convincing evidence for supplying accurate information, which could be expected to be a powerful tool for bioanalysis, diagnosis, and prognosis of human diseases.

In this study, an ultrasensitive photoelectrochemical (PEC) aptasensor based on dual-sensitized heterojunction Ag2S/ZnS/NiS composites as a signal probe was proposed for the detection of tobramycin (TOB) by combining a cascaded quadratic signal amplification strategy. Specifically, compared to the limited visible light-harvesting capability of single sensitized composites, Ag2S/ZnS/NiS composites with p-n and n-n heterojunction could greatly improve the light energy utilization to tremendously strengthen the optical absorption in the entire visible-light region. Moreover, dual-sensitized heterojunction could effectively hinder the rapid recombination of photoelectrons and holes (carriers) to obtain a good photocurrent for improving the sensitivity of the aptasensor. Furthermore, a cascaded quadratic signal amplification strategy was applied to convert trace target TOB into plentiful gold nanoclusters (Au NCs) labelled double-stranded DNA for the construction of PEC aptasensor, with a broad linear detection range from 0.01 to 100 ng·mL-1 and a low detection limit of 3.38 pg·mL-1. Importantly, this study provided a versatile and sensitive PEC biosensing platform for TOB analysis, and demonstrated its successful application for TOB detection in milk samples. This protocol provides a novel dual-sensitized heterojunction composites to develop a highly efficient and harmfulless PEC aptasensor, which is expected to be used in food safety, environmental monitoring and other areas.

Developing a DNA autocatalysis-oriented cascade circuit (AOCC) via reciprocal navigation of two enzyme-free hug-amplifiers might be desirable for constructing a rapid, efficient, and sensitive assay-to-treat platform. In response to a specific trigger (T), seven functional DNA hairpins were designed to execute three-branched assembly (TBA) and three isotropic hybridization chain reaction (3HCR) events for operating the AOCC. This was because three new inducers were reconstructed in TBA arms to initiate 3HCR (TBA-to-3HCR) and periodic T repeats were resultantly reassembled in the tandem nicks of polymeric nanowires to rapidly activate TBA in the opposite direction (3HCR-to-TBA) without steric hindrance, thereby cooperatively manipulating sustainable AOCC progress for exponential hug-amplification (1:3Nn). Our experimental verifications manifested that the T-dependent AOCC amplifier achieved fast input transduction and efficient fluorescence readout. As predicted, the flexible programming of reactive hairpin species endowed the repeating nicks in productive 3HCR nanowires with great possibilities and accessibilities to graft tailored modular elements, such as G-rich AS1411 aptamers capable of adopting G-quadruplex conformations (G4) that readily facilitated the embedding of zinc(II) protoporphyrin IX (ZnPPIX), a kind of heme oxygenase-1 enzyme inhibitor. Thus, the cascading ZnPPIX/G4 entities acted as fluorescent signal reporters, photosensitizers and anticancer drugs, thereby creating an updated AOCC-based assay-to-treat platform for ultrasensitive biosensing, discernible cell imaging and efficient photodynamic therapy of cancer cells. This would offer a new paradigm to advance the rational integration of dynamic DNA assembly and amplifiable recycling circuits for applicable bioassay and theranostics.