基于二氧化硅納米線和PNA功能化的玻璃微納米孔道用于miRNA-21的無標(biāo)記、超靈敏檢測

微小RNA（miRNA）作為癌癥早期診斷的生物標(biāo)志物，與癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。其中miRNA-21是最早研究的miRNA之一。研究表明，miRNA-21在人類乳腺癌細(xì)胞（如MCF-7細(xì)胞和MDA-MB-231細(xì)胞）中具有高水平的表達(dá)。到目前為止，已經(jīng)報道了許多檢測miRNA的技術(shù)，包括：聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、微陣列、表面等離子體共振等。盡管這些方法表現(xiàn)出相對良好的分析性能，但大多數(shù)方法都存在著需要昂貴的儀器、相對復(fù)雜的檢測手段、需要額外的標(biāo)記物等局限性。因此，開發(fā)一種能夠直接、特異和超靈敏地檢測miRNA的強(qiáng)大技術(shù)，無論是對于基礎(chǔ)研究還是技術(shù)應(yīng)用，都具有特別重要的意義。

玻璃管納米孔具有制備簡單、孔徑可調(diào)節(jié)、其尺寸與生物分子相當(dāng)以及良好的剛性等特性，可以用作分子檢測和活細(xì)胞監(jiān)測的納米探針。二氧化硅納米線（SiNWs）具有高縱橫比和良好的柔韌性，可以用作“構(gòu)建塊”，以構(gòu)建具有豐富孔隙率和高度可接近表面積的獨(dú)立納米線膜，用于生物分子的功能化。基于這些優(yōu)異的特性，SiNWs可以對玻璃微納米孔道進(jìn)行功能化改性，用于構(gòu)建高靈敏度的納米線膜功能化的玻璃微管納米器件。

在這項工作中，我們成功制備了一種基于SiNWs功能化的玻璃微管（SiNWs@GMT）傳感平臺，以超靈敏、高度特異性和無標(biāo)記的檢測方法實(shí)現(xiàn)了對乳腺癌細(xì)胞標(biāo)志物miRNA-21的檢測。組裝后的SiNWs形成了具有豐富表面積的高度多孔的納米線膜，為肽核酸（PNA）與miRNA-21在玻璃微納米孔道內(nèi)的直接雜交提供了高度可接近的結(jié)合位點(diǎn)，從而大大提高了miRNA-21檢測的靈敏度。SiNWs@GMT傳感器的檢測限低至1 aM。該傳感器可以區(qū)分1-、3-錯配寡核苷酸序列，并能夠在存在其他miRNAs的情況下選擇性識別目標(biāo)miRNA-21。此外，該傳感器可用于監(jiān)測人類乳腺癌細(xì)胞（MCF-7細(xì)胞和MDA-MB-231細(xì)胞）中表達(dá)的miRNA-21，這表明SiNWs@GMT可以作為一種便攜式納米設(shè)備，用于早期乳腺癌疾病的篩查和診斷。由于SiNWs容易用其他各種核酸序列進(jìn)行修飾，基于SiNWs功能化的玻璃微管納米孔的檢測設(shè)備有望為各種生物標(biāo)志物提供通用的檢測平臺。

圖1. SiNWs@GMT傳感器用于超靈敏檢測miRNA-21的示意圖

本工作以“PNA-Functionalized, Silica Nanowires-Filled Glass Microtube for Ultrasensitive and Label-Free Detection of miRNA-21”為題發(fā)表在國際化學(xué)權(quán)威雜志Analytical Chemistry上。以溫州大學(xué)為第一通訊單位，溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院劉楠楠副教授和王亞軍教授為共同通訊作者，第一作者為化學(xué)與材料工程學(xué)院2022級研究生許詩維。本研究得到了國家自然科學(xué)基金項目（21505101, 22175132）、浙江省自然科學(xué)基金項目（LY24B050003，LZ24B030001）和溫州市科研項目（G2023042）的資助。

文章鏈接：PNA-Functionalized, Silica Nanowires-Filled Glass Microtube for Ultrasensitive and Label-Free Detection of miRNA-21, Anal. Chem., 2024, doi: 10.1021/acs.analchem.3c05839