重点实验室在便携式miRNA检测领域取得新进展

近日，广西药物精准检测与筛选重点实验室在便携式miRNA超灵敏检测领域取得重要进展，实验室杨帆教授团队等开发了一种新型的表面纳米化气泡增强荧光（nBEF）检测技术。该技术集成微型化智能手机荧光成像系统，实现了miRNA的超灵敏、便携式阵列检测，为癌症早期诊断和治疗监测提供了新的分析工具。研究成果近日以“Nanostructured Bubbles-Enhanced Fluorescence for Ultrasensitive Portable MicroRNA Detection”为题，发表在《Advanced Functional Materials》（IF: 18.5，中科院一区TOP，Nature Index）杂志上。实验室2022级硕士生唐毓腾为本论文的第一作者。

玻璃气泡（GB）是一种高强度、低密度的常用工业轻质隔热填料，因具有典型的“类气泡”中空光学结构和生物相容性，正逐步用于生物医学分离分析领域，并产生了积极影响。近年来，本课题组相继报道了GB的自聚集、自分离和3D自组装等特性及其用于临床循环肿瘤细胞、细胞外囊泡和生物分子等靶标的分离检测和药物治疗监测研究（ACS Nano, 2023, 17(10), 9633–9646；Advanced Functional Materials, 2024, 34, 2310823；ACS Nano, 2024, 18(22), 14569–14582；Aggregate, 2024, 5, e636）。其中气泡的自聚集荧光增强效应（BEF），有望提升便携式荧光检测性能，发展高性能现场诊断设备。然而，表面光滑的气泡限制了界面探针分子的组装、识别和光与物质之间的相互作用，从而限制了气泡驱动的靶标即时检测应用。

图. 便携式nBEF传感器超灵敏检测miRNA及其分子诊断示意图

针对这一难题，本文报道了一种新型的表面纳米化气泡（nGB）增强荧光（nBEF）分析方法，集成便携式智能手机荧光成像系统，用于临床样本miRNA的超灵敏、高特异性检测和肿瘤诊断。该方法通过一步化学刻蚀，在光滑气泡表面形成高曲率的纳米结构，不仅为DNA探针的组装和分子识别提供了更多的活性位点，还增强了气泡光学反射、折射率，进一步提升荧光增强效率。研究发现，nGB比光滑气泡的运动速度更快，从而提高了气泡与分子靶标的碰撞效率。以肿瘤相关标志物miRNA-21作为模型验证，当靶标存在时，可以触发双链特异性核酸酶（DSN）对叠氮修饰的DNA桥链特异性切割，无法与体系中的点击nGB结合，从而阻止气泡表面的点击反应发生和信号放大。相比对照组，会产生与靶标浓度负相关的荧光信号差，实现飞摩尔水平miRNA-21的特异性定量分析。通过对比智能手机上RGB 值APP模块，实现自动化、便携式的miRNA现场检测。此外，该方法还对药物诱导的细胞miR-21动态表达进行监测，并对40例临床样本中的miRNA靶标进行检测，初步实现了相关肿瘤的精准诊断。

总之，这种高性能 nBEF新技术为miRNA 检测提供了一种低成本、便携式、高灵敏、高特异性的分析工具，以实现快速准确的癌症诊断。其优势包括：（1）利用纳米刻蚀气泡在液滴中的自聚集机制，进一步拓展了类回音壁式微谐振腔的荧光增强效应；（2）nGB在气泡的固液界面和气泡内的固气界面处，从物理层面增强光学传播，又通过扩大气泡表面的点击偶联位点，从化学层面提升荧光增强效应；（3）相较于表面光滑的气泡，nGB自悬浮的速度更快，表面能组装更多的分子探针，引发更大程度的分子偏转，与溶液内生物分子发生碰撞的效率更高；（4）nGB不仅性质稳定、成本低廉，还作为3D分子载体和检测信号的收集器与放大器，便于集成便携式智能手机荧光成像系统。综上，这种高性能的nBEF荧光成像系统为液体活检提供了一种超灵敏、快速、便携、低成本、高特异性、可视化的诊断分析工具。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202413832