2024年諾貝爾生理學或醫學獎授予了兩位科學家，以表彰他們發現了微小核糖核酸（microRNA或miRNA）及其在轉錄後基因調控中的關鍵作用。miRNA被廣泛認為是最具潛力的腫瘤标志物之一。然而，作為一類長度僅為18至25個核苷酸的小RNA分子，miRNA在血液中的濃度極低，現有檢測手段通常成本高昂、操作繁瑣且檢測時間較長。因此，開發快速靈敏的現場檢測技術成為當前研究的熱點。

近日，beat365與首都醫科大學藥學院合作，取得了miRNA檢測技術的重要進展，成功建立了一種超靈敏的miRNA快速檢測平台。該平台将雙鍊特異性核酸酶（DSN）與潔淨石墨烯原子層晶體管技術相結合，在實驗室中實現了低至25aM濃度的miRNA檢測。同時，該技術能夠直接檢測癌症患者臨床血漿樣本中的miR-21緻癌基因，無需提取總RNA或進行預擴增，大幅簡化了檢測流程，為miRNA的快速靈敏現場檢測提供了新途徑。

圖1.DSN輔助的原子層晶體管用于快速靈敏現場檢測miRNA原理示意圖

圖1展示了原子層晶體管結合DSN酶的顯著優勢。DSN酶的引入突破了基于堿基互補配對的傳統晶體管核酸傳感器設計。DSN酶具有特異性裂解DNA/RNA雙鍊中的DNA特性，同時不影響單鍊DNA和RNA，從而大幅放大了晶體管的檢測信号，提升了傳感器的靈敏度和特異性。作為單原子層材料的典型代表，石墨烯的所有原子都暴露在外，使得其原子層晶體管在環境變化中展現出極高的靈敏度，并且能夠與現有的半導體技術無縫對接，重新定義生物化學傳感分析的标準。

為了驗證所制備晶體管傳感器的臨床應用性能，如圖2a所示，該研究對肝細胞癌（HCC）和子宮内膜癌（EC）患者的臨床血漿樣本進行了測試（在PCR檢測中，樣本中miR-21的平均相對表達水平分别為5.5和3.0）。作為對照，健康人樣本的miR-21的平均相對表達水平為1.1。在無需前期标記或預擴增的條件下，傳感器成功獲得了清晰的偏移信号（圖2b）。這些初步結果表明，DSN輔助的原子層晶體管能夠區分miR-21在癌症患者中高于健康人群的表達水平（圖2c），驗證了其在未預處理的臨床樣品中的檢測可行性。

圖2.DSN輔助的原子層晶體管用于臨床樣品中miR-21檢測。a.臨床血漿樣本的快速檢測流程圖；b.15個臨床樣本的信号偏移量。其中1-5為健康人群樣本，6-10為HCC患者樣本，11-15為EC患者樣本。每個測試重複3次并取平均；c.晶體管傳感器與qRT-PCR檢測臨床血漿樣本中miR-21表達水平的對比圖。顯著性标記：*p< 0.01, **p< 0.005

相關研究成果以“雙鍊特異性核酸酶輔助的石墨烯場效應晶體管生物傳感器：一種無需預擴增的癌症相關miRNA檢測新平台”（ Duplex-specific-nuclease-assisted graphene field-effect transistor biosensor: a novel platform for preamplification-free detection of cancer related miRNA”）為題，于9月26日在線發表于《碳》（Carbon）。

beat365博士後王乾龍為論文第一作者，beat365副教授符汪洋和首都醫科大學藥學院教授張曉豔為論文通訊作者。beat365教授張政軍、副研究員淩雲漢和副研究員王炜鵬等為研究作出重要貢獻。研究得到國家自然科學基金等的支持。

論文鍊接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622324008893