基于BRET原理检测miRNA的集成光纤微全分析系统研究

miRNA has attracted extensive interest as a new biomarker, providing a novel and important evidence for the early stage of disease and post treatment. However, the detection of miRNAs has encountered many technical challenges, such as the low concentration level of miRNA in vivo, the short sequence, similarity and easy degradation by RNAase. In this project, A fiber integrated optofluidic system was.constructed to achieve high sensitivity and high specificity detection of miRNA using BRET principle. Firstly, donors, receptors and miRNA were encapsulated in droplets, and were mixed in channel to realize rapid bonding. Then the substrate was injected to the droplet by an electrode-induced method to facilitate enzyme catalysis and provide energy for BRET. We developed an innovative optofluidic platform that integrates the fiber and micro-optics for highly efficient fluorescence detection. This research combines the advantages of microfluidic and optofluidic technology, and provides an effective platform for the study of high sensitivity miRNA detection.

miRNA在临床上被视为新型生物标记物，为疾病早期和治疗术后提供全新的重要依据，具有深远而重大的研究意义。针对miRNA在体内含量极少、序列短、相似性高并容易被环境中RNA酶降解等难点，使得miRNAs的检测一直面临很多技术挑战。本项目采用微流控、光流控及液滴调控技术构建基于BRET原理检测液滴内miRNA的系统来实现高灵敏和高特异性识别。我们利用液滴微流控技术将供体、受体和miRNA液滴包裹，经过设计混合结构实现分子快速结合。电极诱导液滴注入微量底物为BRET提供能量。芯片中集成与液滴尺度匹配的光纤作为检测手段，结合微流控光学技术设计光学元件实现高效的荧光收集提升检测灵敏度。本项目融合微流控技术和微光电技术，通过新颖的芯片结构设计，独特的芯片集成技术，形成功能丰富的微全分析系统，为miRNA的高灵敏检测研究提供了一个全新高效的技术平台，为临床诊断和治疗提供高质量的检验依据。

微流控凭借高集成、多功能、模块化等特点，可作为一种强有力的技术手段广泛地应用于生化检测领域，能够为液体活检及疾病诊断带来巨大的革新。本项目利用微流控、光流控及液滴操控技术，完成了基于能量共振转移原理检测miRNA的高集成分析平台的搭建。我们开发的小型化、高灵敏、高集成的微流控检测系统，可以满足基于能量共振转移原理对miRNA高灵敏高特异性的检测需求，初步研究并验证了该方法在血清环境下的miRNA检测能力，为临床诊断和治疗提供高质量的检验依据。我们通过优化表达实验条件，获得具有高活性且纯度大于90%的荧光素酶，以荧光素酶作为能量共振转移的供体，构建一种生物发光能量转移体系用于miRNA的检测；建立了基于能量共振转移在微流控芯片内一体化检测miRNA的实验方法；发展了将液滴快速混合、电极诱导注入和收光性能提升的多功能模块集成于微流控芯片的新型微纳加工制作工艺；此平台凭借其高集成度且多功能的特点，具有非常巨大的应用潜力，同时具有极高的产业价值。此外，基于本项目支持，我们还开发了一套基于荧光响应的全自动分选系统，可以实现高效率地分选目标液滴，为分选液滴中目标分子的下游分析奠定基础，针对目标分子的深入研究提供了一个全自动化的技术平台。项目执行期间共发表SCI学术论文3篇（已标注项目号），其中2篇作为JCR一区期刊的封面文章发表，申请发明专利3项。培养客座硕士研究生3名，形成了一支多学科交叉的多功能微流控系统研发队伍。