创新纳米生物设备实现癌症生物标志物的超快速检测

与 DNA 一样，核糖核酸 (RNA) 是一种生命必需的聚合生物分子，在基因加工中发挥着重要作用。称为 microRNA 的短链 RNA 比长链 RNA 更稳定，存在于常见的体液中。体液中 microRNA 的水平与癌症的存在和进展密切相关。这意味着 microRNA 可以作为诊断癌症的一种易于获取的生物标志物，癌症每年导致全球 14% 以上的死亡。

为了使用 microRNA 作为癌症生物标志物，需要通过快速、有效的过程对其进行分离。由名古屋大学研究人员领导的一项合作开发了一种创新的纳米生物设备，可以在不到 100 毫秒的时间内从细胞获得的 DNA/RNA 混合物中分离出 microRNA。

该纳米生物器件由石英基底组成，石英基底在高度为 100 nm 的浅“纳米缝”中包含 25×100 μm 的“纳米柱”阵列(直径为 250 nm、高度为 100 nm 的小柱)，并在微通道中制造电子束光刻。

首先使用含有已知浓度成分的混合物研究了纳米生物装置从 DNA 中分离 microRNA 的能力。该团队优化了分离条件，在短短 20 毫秒内实现了 microRNA 与 DNA 几乎完全分离。这是迄今为止最快的 microRNA 完全分离。

然后，研究人员使用纳米生物装置分离了从细胞中分离出的 microRNA、RNA 和 DNA 的混合物。 100 ms 内实现了高分辨率分离。由于这些材料通过微通道纳米柱区域的​​迁移率不同，纳米生物装置将 microRNA 与 RNA 和 DNA 分离。

“我们相信，纳米生物装置通过纳米柱阵列中受限聚合物的两种不同物理行为(非平衡传输和熵捕获)的结合，将 microRNA 从混合物中分离出来，”通讯作者 Noritada Kaji 说。 “所施加的电场与纳米生物器件独特的纳米结构相结合，产生强大的电力，从而引起快速浓缩和分离。”

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