Nano Lett.┃一种基于单微球SERS成像策略的即混即测型多重microRNA分析方法

英文原题：Amplification-Free and Mix-and-Read Analysis of Multiplexed MicroRNAs on a Single Plasmonic Microbead

通讯作者：任伟副教授、刘成辉教授， 陕西师范大学

作者：Xiaohui Lu (卢晓慧), Chen Hu (胡晨), Dailu Jia (贾黛璐), Wenjiao Fan (范文娇), Wei Ren (任伟), Chenghui Liu (刘成辉)

MicroRNA是一类普遍存在于动植物等生物体内，具有18~25个碱基长度的内源性、非编码小RNA。MicroRNA在细胞的增殖、免疫和凋亡等多种生命过程中发挥着重要调控作用，其表达含量异常与疾病的发展密切相关。因此，microRNA的灵敏、准确测定对疾病早期诊断具有重要意义。然而，microRNA具有序列短、含量低等特点，传统依赖于核酸杂交及扩增技术的检测方法需要繁琐的探针设计和实验过程。同时，对特定疾病的准确评估往往需要对多种microRNA进行同时分析，而传统方法中复杂的体系设计也限制了其在多重microRNA同时测定方面的应用。因此，发展简单、快速、准确的多重microRNA检测方法显得尤为重要。

图1. 基于单微球SERS成像策略的多重microRNA检测方法

近日，陕西师范大学刘成辉教授研究团队发展了一种以单个微球为信号富集载体，基于单微球表面增强拉曼散射成像技术（SERS mapping）的多重microRNA检测方法（图1）。该方法中，作为反应载体的单个微球表面结合了一层标记有S9.6抗体的金纳米颗粒(GNPs)，用于靶标microRNA的富集和信号增强。同时，体系中还设计了另一种SERS GNPs，其表面同时标记有与特定microRNA互补的单链DNA探针以及特定的拉曼信号分子（Raman Reporter）。SERS GNPs表面的单链DNA和目标microRNA通过互补杂交形成DNA/microRNA杂合双链，并被S9.6抗体特异性识别，从而将SERS GNPs及其负载的拉曼信号分子引入微球表面。通过上述反应，目标microRNA的种类和含量信息被成功转换为微球表面相应的SERS编码信息。

图2. 对miRNA-21的检测结果和分析性能。（a, b）不同浓度miRNA-21产生的响应信号及对应的校准曲线；（c, d）特异性验证；（b）和（d）中的内嵌图为单微球SERS成像图。

作者首先以miRNA-21为靶标考察了该方法的分析性能（图2）。由于靶标microRNA和对应的SERS GNPs结合后将被高度富集在单个微球表面，且微球表面预负载的GNPs层对SERS信号具有明显增强作用，该方法在无需依赖任何核酸扩增手段的情况下，基于简单的即混即测方式，可以检测到低至100 fM的microRNA。另外，S9.6抗体高特异性识别DNA/microRNA杂合双链结构，可以有效避免其他microRNA序列的干扰。与此同时，该方法基于单微球的共焦平面进行SERS成像分析并获得平均化的SERS信号，可以有效克服常规基于单点信号采集的方法重现性差等缺点，提高了检测信号的重复性和可靠性。

图3. 基于单微球SERS成像策略的多种microRNA同时检测结果

与荧光标记方法相比，SERS具有半峰宽窄、抗光漂白等特征，在多靶标的同时标记方面具有显著的优势。作者进一步结合SERS优异的多组分编码特性及S9.6抗体对DNA/microRNA的非序列依赖性识别能力，在单个微球表面实现了多种microRNA的同时检测（图3）。在该过程中，多种SERS GNPs被组合使用，每种SERS GNPs负载有针对不同microRNA靶标的DNA探针和特定的拉曼信号分子。因此，靶标microRNA会将相应的SERS GNPs及其负载的SERS编码信息引入单微球表面。随后，通过对获取的混合拉曼光谱进行编码拆分以及监测特征拉曼峰信号强度即可获得靶标microRNA分子的种类和含量信息。本论文的设计为多种microRNA分子的简便、快速、灵敏检测提供了新的方法，也为拉曼技术的分析检测应用提供了新的思路。

相关研究结果发表在Nano Letters 上，陕西师范大学博士研究生卢晓慧和硕士研究生胡晨为文章的共同第一作者，任伟副教授和刘成辉教授为共同通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Amplification-Free and Mix-and-Read Analysis of Multiplexed MicroRNAs on a Single Plasmonic Microbead

Xiaohui Lu, Chen Hu, Dailu Jia, Wenjiao Fan, Wei Ren*, and Chenghui Liu*

Nano Lett., 2021, 21, 6718–6724, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02473

Publication Date: July 29, 2021

Copyright © 2021 American Chemical Society

（本稿件来自ACS Publications）