基于碳纳米点的电化学发光生物传感器，可用于检测miRNA-21
2021-11-13 11:07:07 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
碳纳米点是近期比较热门的研究方向，可用于包括生物传感在内的多种领域。论文合著者、马德里自治大学助理教授Tania García Meniola博士说：“在生物传感应用中，碳纳米点与电化学发光方法相结合，为生物传感领域带来了一系列新的可能性。”
碳纳米材料，如石墨烯、碳纳米点（CNDs）、碳纳米管、晶体和金刚石等，都展现出非凡的电化学特性，因此被广泛应用于各个领域。
据麦姆斯咨询报道，西班牙马德里自治大学（Autonomous University of Madrid）研究团队一直在开展碳纳米点检测miRNA-21有效性的研究，相关研究成果已发表在Microchimica Acta期刊上。
碳纳米点是近期比较热门的研究方向，可用于包括生物传感在内的多种领域。论文合著者、马德里自治大学助理教授Tania García Meniola博士说：“在生物传感应用中，碳纳米点与电化学发光方法相结合，为生物传感领域带来了一系列新的可能性。”
利用基于碳纳米点的生物传感器确定miRNA-21序列
为了制备碳纳米点，马德里自治大学研究团队采用了一种环境友好化学合成方法，利用虎坚果奶作为天然前体，作为[Ru(bpy)3]2+/ECL DNA生物传感器的共反应物，虎坚果奶展现出优异的性能。该研究首次利用[Ru(bpy)3]2+/CNDs系统确定了乳腺癌相关生物标志物miRNA-21的特异序列。该研究团队详细描述了这种方法，并试图将该方法用于检测心力衰竭患者血清样本中的miRNA-21。
miRNA-21
miRNA-21存在于哺乳动物体内，是一种长约18-25个核苷酸的单链小分子RNA，可调控基因表达。阿尔茨海默病、心血管疾病和各种癌症通常都与miRNA失调有关，这意味着miRNA可以作为早期病症诊断的有效生物标志物。
值得注意的是，miRNA-21与促进癌症的Oncomi RS有关，Oncomi RS被认为是实体瘤中最常见的上调miRNAs之一。miRNA-21的主要靶点是肿瘤抑制因子，因此，它与多种癌症相关，包括乳腺癌、肺癌、肝癌、脑癌、胰腺癌和前列腺癌等。
鉴于此，将miRNA-21作为肿瘤治疗的生物标志物和靶点，非常有可能改善肿瘤患者的预后。不过，马德里自治大学研究团队却热衷于开发一款用于检测心血管疾病的生物传感器，因为他们发现，在衰竭心脏的成纤维细胞中miRNA-21水平通常会升高。
Tania García Meniola博士认为：“鉴于miRNAs的稳定性和组织特异性表达模式，外泌体miRNAs可作为心血管疾病治疗的有效生物标志物。”
心血管疾病
根据世界卫生组织数据显示，心血管疾病是导致人类死亡的首要杀手。大多数心血管疾病可以通过调节吸烟、饮酒和饮食等行为来预防或管理。因此，尽早发现高危人群，实施相关治疗和药物治疗是至关重要的。
因此，使用miRNA-21作为心血管疾病的生物标志物开始引起生物医学界的极大重视，各种传感方法也应运而生，例如光学和电化学传感方法。
环境友好的碳纳米点化学合成步骤和DNA生物传感器检测过程示意图：探针固定，与分析物相结合，并利用[Ru(bpy)3]2+/CNDs系统进行电化学发光（ECL）检测。
然而，现有的检测方法往往需要大量的时间和人力。这就意味着需要一种更方便快捷的生物感应方法，以用于心血管疾病的早期诊断。
基于碳纳米点的生物传感器
碳纳米点是一种尺寸小于10纳米的碳纳米材料。2004年，美国南卡罗莱纳大学的Xu Xiaoyou等人报道了利用电弧放电来制备单壁碳纳米管（SWCNTs）的方法，并在电泳法纯化产物的过程中首次发现了碳纳米点。
由于其优异的水溶性、化学惰性、低毒性、易用性和抗光漂白性，碳纳米点在各个领域引起了人们极大的关注。
马德里自治大学的研究团队能够相对轻松地使用无毒溶剂和天然产品（如虎果仁奶）合成碳纳米点。此外，针对特定应用的生物传感器也不需要复杂的制造过程。
该方法灵敏度高，可快速、直接、简便地检测心力衰竭患者血清中的微量生物标志物。研究团队使用TEM显微镜来表征基于碳纳米点的生物传感器的有效性，并使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱进一步证实了结果。
基于该结果，研究团队继续开发了一款电化学发光（ECL）DNA生物传感器，用于检测miRNA-21。随后，该团队利用ECL DNA生物传感器，通过各种测试方法，对人类血清样本和从心力衰竭患者身上采集的样本进行miRNA-21检测。
Tania García Meniola博士说：“可以得出结论，我们开发的ECL DNA生物传感器，可以在临床人类血清样本中直接检测出miRNA-21序列，且无需任何扩增过程。”
这项研究为开发环境友好的碳纳米点合成方法和检测miRNA-21的生物传感器奠定了基础。此外，这种快速的检测方法可以有效提高心血管疾病患者的生存机会。
论文信息：https://doi.org/10.1007/s00604-021-05038-y
延伸阅读：