基于中空纤维的电化学生物传感技术分离和检测miRNA一体化研究

Let-7 miRNA have close interactions with many malignant diseases especially the lung cancer, so they play important roles in the early diagnosis, treatment and prognosis of the lung cancer. The electrochemical biosensor is an important analysis tool in biochemistry with merits of cheapness, rapid analysis and high sensitivity. When the electrochemical biosensor is directly applied in biological samples, its stability, sensitivity and life-time will be decreased. To resolve this problem, we propose to use the hollow fiber with nano-sized pores as the sieve membrane of RNA and the protecting membrane of the electrode. RNA first transfers through the porous membrane to the lumen of the hollow fiber where the target miRNA will be recognized by the probe immobilized in the electrode to produce the corresponding electrical signal. The sieving function of porous hollow fiber will keep the large interfering compounds in the sample solution, so the electrode will perform its functionality without the biofouling phenomenon. The wall pores and the lumen of the hollow fiber will effectively immobilize the reactant and load the reaction solution, respectively, providing effective reaction places for the hybridization of nucleic acids. The electrode applies multiple sensitive technologies and signal-amplification strategies, achieving the integration of the separation and detection of miRNA. This technology integrates the extraction and enrichment abilities of liquid membrane in the wall pores with the specificity of the electrode to obtain the higher sensitivity. In addition, it has an valuable application potential in the achievement of the in-situ and real time detection.

Let-7 miRNA与肺癌等恶性疾病关系密切，在肺癌的早期诊断、治疗和预后判断等方面发挥了重要作用。电化学生物检测器具有价廉、反应速度快、灵敏度高等特点，在生物化学研究中起着重要的地位。针对电化学传感器直接在生物样品中应用时，稳定性、灵敏度和寿命下降等问题，我们提出将纳米孔中空纤维作为RNA的筛分膜和电极的保护膜。RNA通过多孔膜后，膜内电极上的探针特异性识别其中的靶标miRNA，产生相应的电信号。多孔膜的筛分作用将大分子干扰物截留在样品溶液中，避免了对电极的生物堵塞等影响，保证其性能的发挥。中空纤维的壁孔和内腔可以有效地固定反应剂和填充反应溶液，为核酸的杂交提供良好的反应场所。电极结合多种灵敏技术和信号放大策略，实现miRNA分离和检测的一体化。该方法结合了中空纤维壁孔液膜对miRNA的萃取、富集能力以及电极的特异性，能够获得更高的灵敏度，具有实现原位实时检测的应用潜力。

miRNA是一种内源非编码小RNA，参与肿瘤的发生、侵袭、转移、诊断和治疗等过程。本项目初步构建了基于中空纤维的电化学生物传感器用于miRNA的分离和检测一体化研究，并进一步构建了肿瘤标志物的成像和检测技术以及诊疗一体化平台。在痕量目标物的检测和分析方面，我们利用环糊精修饰碳纳米管增强中空纤维萃取材料发展了高灵敏的分离和检测平台；在标志物的检测和荧光成像分析方面，制备了一种双发光稀土离子掺杂的核-多壳型上转换荧光探针，对羟基自由基的检测限达到0.1 fmol/L。进一步发展了双发光离子掺杂的多色上转换荧光纳米探针，实现两种目标物的同时检测和成像研究；在光动力诊疗体系方面，构建了超薄硅层修饰的上转换光动力治疗平台，缩短上转换纳米颗粒和硅层中光敏剂间的能量转移距离，提高光动力疗效。进一步线粒体靶向光动力治疗平台。利用线粒体靶向基团，使纳米材料靶向定位于线粒体中，原位产生活性氧，诱导线粒体调节的细胞凋亡，并有效抑制肿瘤生长。针对上转换纳米材料受限于较低的量子产率和发光效率的缺陷，我们提出了光敏剂增强的上转换光动力治疗平台，利用光敏剂的敏化作用增强上转换纳米材料对光敏剂的激发能力，有效地增加活性氧，改善光动力治疗疗效。针对肿瘤的乏氧环境不利于光动力治疗的问题，我们构建了自产氧的上转换光动力诊疗体系，有效地改善肿瘤的乏氧环境，增强光动力治疗疗效；在肿瘤的化学治疗方面，我们创新性地提出了肿瘤标志物刺激抗癌药物细胞核内原位释放研究，使得抗癌药物阿霉素在细胞核内增值细胞核抗原刺激下，原位释放，提高化学药物治疗的疗效；在协同治疗体系方面，我们提出了利用近红外光驱动-ATP刺激实现抗癌药物原位释放和靶向光动力协同治疗，克服癌细胞的耐药性。以上研究工作有望在复杂体系中痕量目标物的检测、标志物的检测和荧光成像分析研究、肿瘤的诊疗一体化研究等方面具有一定的参考价值和指导意义。基于研究工作，发表SCI收录论文6篇，副主编出版英文专著一部。