基于二氧化硅纳米线和PNA功能化的玻璃微纳米孔道用于miRNA-21的无标记、超灵敏检测

微小RNA（miRNA）作为癌症早期诊断的生物标志物，与癌症的发生发展密切相关。其中miRNA-21是最早研究的miRNA之一。研究表明，miRNA-21在人类乳腺癌细胞（如MCF-7细胞和MDA-MB-231细胞）中具有高水平的表达。到目前为止，已经报道了许多检测miRNA的技术，包括：聚合酶链式反应、微阵列、表面等离子体共振等。尽管这些方法表现出相对良好的分析性能，但大多数方法都存在着需要昂贵的仪器、相对复杂的检测手段、需要额外的标记物等局限性。因此，开发一种能够直接、特异和超灵敏地检测miRNA的强大技术，无论是对于基础研究还是技术应用，都具有特别重要的意义。

玻璃管纳米孔具有制备简单、孔径可调节、其尺寸与生物分子相当以及良好的刚性等特性，可以用作分子检测和活细胞监测的纳米探针。二氧化硅纳米线（SiNWs）具有高纵横比和良好的柔韧性，可以用作“构建块”，以构建具有丰富孔隙率和高度可接近表面积的独立纳米线膜，用于生物分子的功能化。基于这些优异的特性，SiNWs可以对玻璃微纳米孔道进行功能化改性，用于构建高灵敏度的纳米线膜功能化的玻璃微管纳米器件。

在这项工作中，我们成功制备了一种基于SiNWs功能化的玻璃微管（SiNWs@GMT）传感平台，以超灵敏、高度特异性和无标记的检测方法实现了对乳腺癌细胞标志物miRNA-21的检测。组装后的SiNWs形成了具有丰富表面积的高度多孔的纳米线膜，为肽核酸（PNA）与miRNA-21在玻璃微纳米孔道内的直接杂交提供了高度可接近的结合位点，从而大大提高了miRNA-21检测的灵敏度。SiNWs@GMT传感器的检测限低至1 aM。该传感器可以区分1-、3-错配寡核苷酸序列，并能够在存在其他miRNAs的情况下选择性识别目标miRNA-21。此外，该传感器可用于监测人类乳腺癌细胞（MCF-7细胞和MDA-MB-231细胞）中表达的miRNA-21，这表明SiNWs@GMT可以作为一种便携式纳米设备，用于早期乳腺癌疾病的筛查和诊断。由于SiNWs容易用其他各种核酸序列进行修饰，基于SiNWs功能化的玻璃微管纳米孔的检测设备有望为各种生物标志物提供通用的检测平台。

图1. SiNWs@GMT传感器用于超灵敏检测miRNA-21的示意图

本工作以“PNA-Functionalized, Silica Nanowires-Filled Glass Microtube for Ultrasensitive and Label-Free Detection of miRNA-21”为题发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry上。以威尼斯欢乐娱人城v3676为第一通讯单位，威尼斯欢乐娱人城v3676化学与材料工程学院刘楠楠副教授和王亚军教授为共同通讯作者，第一作者为化学与材料工程学院2022级研究生许诗维。本研究得到了国家自然科学基金项目（21505101, 22175132）、浙江省自然科学基金项目（LY24B050003，LZ24B030001）和温州市科研项目（G2023042）的资助。

文章链接：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