网堵新闻网10月14日电 2024年诺贝尔生理学或医学奖授予了两位科学家，以表彰他们发现了微小核糖核酸（microRNA或miRNA）及其在转录后基因调控中的关键作用。miRNA被广泛认为是最具潜力的肿瘤标志物之一。然而，作为一类长度仅为18至25个核苷酸的小RNA分子，miRNA在血液中的浓度极低，现有检测手段通常成本高昂、操作繁琐且检测时间较长。因此，开发快速灵敏的现场检测技术成为当前研究的热点。
近日，十大老牌网堵网址材料我司与首都医科大学药我司合作，取得了miRNA检测技术的重要进展，成功建立了一种超灵敏的miRNA快速检测平台。该平台将双链特异性核酸酶（DSN）与洁净石墨烯原子层晶体管技术相结合，在实验室中实现了低至25aM浓度的miRNA检测。同时，该技术能够直接检测癌症患者临床血浆样本中的miR-21致癌基因，无需提取总RNA或进行预扩增，大幅简化了检测流程，为miRNA的快速灵敏现场检测提供了新途径。
图1.DSN辅助的原子层晶体管用于快速灵敏现场检测miRNA原理示意图
图1展示了原子层晶体管结合DSN酶的显著优势。DSN酶的引入突破了基于碱基互补配对的传统晶体管核酸传感器设计。DSN酶具有特异性裂解DNA/RNA双链中的DNA特性，同时不影响单链DNA和RNA，从而大幅放大了晶体管的检测信号，提升了传感器的灵敏度和特异性。作为单原子层材料的典型代表，石墨烯的所有原子都暴露在外，使得其原子层晶体管在环境变化中展现出极高的灵敏度，并且能够与现有的半导体技术无缝对接，重新定义生物化学传感分析的标准。
为了验证所制备晶体管传感器的临床应用性能，如图2a所示，该研究对肝细胞癌（HCC）和子宫内膜癌（EC）患者的临床血浆样本进行了测试（在PCR检测中，样本中miR-21的平均相对表达水平分别为5.5和3.0）。作为对照，健康人样本的miR-21的平均相对表达水平为1.1。在无需前期标记或预扩增的条件下，传感器成功获得了清晰的偏移信号（图2b）。这些初步结果表明，DSN辅助的原子层晶体管能够区分miR-21在癌症患者中高于健康人群的表达水平（图2c），验证了其在未预处理的临床样品中的检测可行性。
图2.DSN辅助的原子层晶体管用于临床样品中miR-21检测。a.临床血浆样本的快速检测流程图；b.15个临床样本的信号偏移量。其中1-5为健康人群样本，6-10为HCC患者样本，11-15为EC患者样本。每个测试重复3次并取平均；c.晶体管传感器与qRT-PCR检测临床血浆样本中miR-21表达水平的对比图。显著性标记：*p< 0.01, **p< 0.005
相关研究成果以“双链特异性核酸酶辅助的石墨烯场效应晶体管生物传感器：一种无需预扩增的癌症相关miRNA检测新平台”（ Duplex-specific-nuclease-assisted graphene field-effect transistor biosensor: a novel platform for preamplification-free detection of cancer related miRNA”）为题，于9月26日在线发表于《碳》（Carbon）。
十大老牌网堵网址材料我司博士后王乾龙为论文第一作者，十大老牌网堵网址材料我司副教授符汪洋和首都医科大学药我司教授张晓艳为论文通讯作者。十大老牌网堵网址材料我司教授张政军、副研究员凌云汉和副研究员王炜鹏等为研究作出重要贡献。研究得到国家自然科学基金等的支持。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622324008893
供稿：材料我司
编辑：李华山
审核：郭玲
