重点实验室在miRNAs检测领域取得新进展

近日，重点实验室在miRNAs检测研究领域取得新进展，实验室主任杨帆教授联合广西民族大学化学化工学院严军教授开发了一种DNA编码的等离子激元气泡（PB）用于肿瘤相关的两种miRNA靶标的SERS分析方法（PB-SERS），能够同时、超灵敏、特异性检测血液样本中的多个miRNAs，以用于肿瘤准确诊断。研究成果以“DNA-encoded plasmonic bubbles aggregating dual-microRNA SERS signals for cancer diagnosis”为题，发表在权威期刊《Aggregate》（IF: 13.9，中科院一区）上。博士研究生杨雨为论文第一作者，通讯作者为广西医科大学药学院杨帆教授、覃小洁博士和广西民族大学化学化工学院严军教授。该工作还得到上海交通大学沈建磊教授的支持。

天然产生的气泡在生命起源中发挥了重要作用。然而，其表面张力的波动会导致中空结构坍塌，影响其漂浮能力和界面性能。近年来，一种廉价的高稳定硅基“气泡”被广泛用作工业隔热填充物，但其独特的类气泡性质，也逐步被用于无磁生物分离分析，实现了细胞、细胞外囊泡和生物分子的高效分离检测。该固态“气泡”由于在水溶液中具有自漂浮和自聚集的特性，与表面增强拉曼光谱（SERS）的表面测量和热点效应等属性有望完美结合，开展具有多重分析、无光漂白、生物干扰少和灵敏度高等特点的生物分析研究。

本文报道了一种DNA编码的等离子激元气泡（PB）用于肿瘤相关的两种miRNA靶标的SERS分析方法（PB-SERS）。具体而言，首先将合成的具有强等离子激元效应的金纳米粒子（AuNPs）包覆在巯基（而非传统硅烷化氨基）修饰的固态“气泡”表面，形成气泡表面的等离子激元纳米间隙（nanogap）。然后，将两条末端含有多聚腺嘌呤（PolyA）的DNA捕获探针，通过PolyA-Au表面的特异性吸附偶联，组装在PB表面，并利用另一端的特异性识别阈行使编码功能，同时定量两种与肝癌和乳腺癌相关的miRNA靶标（miR-21和miR-155）。当双靶标存在时，可引发连续的催化发夹自组装（CHA）反应，从而与PB表面的PolyA识别探针特异性杂交，实现非线性信号放大。值得注意的是，气泡浮力可诱导PB复合物在液滴顶端自聚集，形成拉曼“热点”，尤其当溶剂挥发后形成等离子激元纳米间隙，而不存在咖啡环效应，并进一步增强SERS信号的均一性（图1）。

图1. DNA编码的等离子激元气泡 (PB) 增强双重miRNA拉曼检测示意图

总之，该方法能够同时、超灵敏、特异性检测血液样本中的多个miRNAs，以用于肿瘤准确诊断。其优势包括：（1）在没有外场力作用下，PB的自聚集行为可以使SERS信号集中在“热点”附近，从而提高分析的灵敏度；（2）自发形成的单层PB聚集体可以最大限度地避免蒸发组装过程中形成的咖啡环，提高SERS信号的均一性；（3）在溶液相中，分散的DNA编码PB可以高效地与CHA反应相结合，能够同时、超灵敏、特异性分析两种miRNAs的表达水平，降低在癌症诊断中出现假阴性或假阳性的可能性，特别是结合机器学习，可以进一步提高癌症诊断的准确性。综上，这种高性能的PB-SERS分析方法为癌症诊断提供了一种便携式、无磁分离和有前景的液体活检工具。

原文链接：https://doi.org/10.1002/agt2.636