基于聚合物仿生纳米通道的高灵敏microRNA生物传感器

Small, non-coding MicroRNA (miRNA) molecules, which are of significance in tuning and buffering gene expressions, play an important role in the diagnosis and treatment of cancer. This project intends to fabricate biomimetic polymer nanochannels-based biosensors for highly sensitive microRNA detection. The conical nanochannel was prepared by ion track etching-asymmetric chemical etching technique of polymer membrane. Peptide nucleic acid (PNA), which serves as a receptor to detect miRNA directly, is immobilized on the surface of the nanochannel. By monitoring the current change before and after hybridization, lung cancer related miRNA detection with highly sensitive, specific and rapid could be achieved in serum. Due to the high specific surface area, nanometer confined effect of nanochannel and using neutral PNA realizes the PNA and miRNA hybridization, thus improve PNA and miRNA hybridization efficiency.

MicroRNA (miRNA) 是一类对基因表达具有调控作用的非编码小分子，在癌症的诊断和治疗中起重要作用。本项目拟构建基于聚合物仿生纳米通道的高灵敏microRNA生物传感器。采用潜离子径迹-不对称蚀刻的方法制备锥形聚合物纳米通道，将肽核酸（PNA）捕获探针固定在纳米通道的内表面，通过杂交前后纳米通道表面的电荷变化，实现在血清中肺癌相关的miRNA的灵敏、特异、快速检测。由于纳米通道内的高比表面积、纳米限域效应和采用电中性的PNA实现PNA与miRNA杂交，从而提高PNA与miRNA杂交效率。

标志物的准确定量分析对疾病的早期诊断意义重大。通过本项目的研究，我们成功构建基于仿生纳米通道的高灵敏免标记的核酸传感器。正是由于纳米通道独特的三维纳米空间结构，大大提高表面积，利于固定探针分子；同时也进一步增强探针与底物接触面积。因此该传感器可以实现高特异性、高灵敏度的检测目标核酸分子。一种是采用层层自组装的方法将探针固定到通道表面，实现对目标DNA的检测，检测限达10 fM。同时也实现了在复杂环境和血清样品中的检测。在此基础上又发展了一种PMO共价修饰的纳米通道实现对miRNA的高灵敏、高特异性检测。由于PMO探针呈电中性，具有更优越的特异性，稳定性，并且不容易被降解，PMO探针与miRNA之间的杂交效率大大提高，也大大的减小了背景信号的干扰，提高了检测的灵敏度和特异性。在PBS和血清中检测限分别为1 fM 和10 fM。本项目为临床检测癌症相关的miRNAs提供了一种有效的新方法。