武科大网讯 近期，我校医学院公共卫生学院李诚予副教授与武汉大学唐宏武教授、南开大学庞代文教授合作，在分析化学领域国际TOP期刊上发表了一系列高水平研究论文。
MicroRNAs（miRNAs）是一类内源基因编码的单链RNA 分子，其长度约为22个核苷酸序列。由于miRNAs 与肿瘤细胞的生长、代谢等过程有着密切的关系，如今已被认为是新一代的肿瘤标志物。miRNAs具有易降解、高度同源性、低表达等固有的特征，利用反转录聚合酶链反应（RT-PCR）、印记杂交等这些传统的核酸检测方法，在低含量样品中对这种小分子进行准确的定量分析仍存在一定的挑战。基于此，李诚予副教授开展了如下研究工作：
针对现有荧光生物传感器在miRNA细胞内分析存在的“触发”不可控，稳定性较差等瓶颈，李诚予副教授构建了一种基于808 nm近红外光驱动与DNA四面体保护的纳米机器人。该传感器不仅可在808 nm近红外光下激发的上转换发光（紫外发射）进行“人为”可控激活，而且借助DNA四面体强大的“酶抵抗”能力，可实现对乳腺癌细胞内miRNA-21序列的精准分析。研究成果“Integrating 808 nm Light-Excited Upconversion Luminescence Powering with DNA Tetrahedron Protection: An Exceptionally Precise and Stable Nanomachine for Intracelluar MicroRNA Tracing”在传感器领域国际权威期刊《ACS Sensors》（SCI一区，影响因子：6.944）上发表。李诚予副教授是该论文的第一作者，通讯作者是武汉大学唐宏武教授和南开大学庞代文教授，武汉科技大学是论文第一单位。
图1. 808 nm光驱动与DNA四面体保护的纳米机器人构建原理图。
将光镊技术（该技术在2018年被授予诺贝尔物理学奖）与基于上转换发光的发光共振能量转移（LRET）相结合，构建了一种新颖的微球荧光比率成像分析方法。该方法对miRNA-21序列的检测灵敏度可达114 fM，并能准确定量分析低至100个乳腺癌细胞内的待测物含量。研究成果“Using optical tweezers to construct an upconversion luminescent resonance energy transfer analytical platform”在期刊《Sensors and Actuators B：Chemical》（SCI一区，影响因子：6.393）上发表。李诚予副教授是该论文第一作者，通讯作者是武汉大学唐宏武教授，武汉科技大学是论文第二单位。
图2. 光镊与LRET相结合的微球荧光检测原理图。
为提高上转换纳米颗粒作为能量供体的LRET效率，李诚予副教授在后续工作中提出了一种“发光限域型”上转换发光概念，即将发光稀土离子局限分布于一个3 nm的空间范围内来有效拉近其与能量受体的空间距离。将上述“三明治”结构的纳米颗粒组装于聚苯乙烯微球表面，并结合光镊技术与分子信标传感模型，建立了另一种新颖的单颗粒微球荧光成像分析手段。该方法对miRNA-21序列的检测灵敏度被提升至762 aM，并能准确定量分析低至30个乳腺癌细胞内的待测物含量。同时，该方法对临床乳腺癌患者血清内的游离microRNA-21序列具有很好的响应能力。研究成果“Breaking Through Bead-Supported Assay: Integration of Optical Tweezers Assisted Fluorescence Imaging and Luminescence Confined Upconversion Nanoparticles Triggered Luminescent Resonance Energy Transfer (LRET)”在分析化学领域国际权威期刊《Analytical Chemistry》（自然指数期刊，SCI一区，影响因子：6.35）上发表。李诚予副教授是该论文的第一作者，通讯作者是武汉大学唐宏武教授，武汉科技大学是论文第二单位。
图3. 光镊与发光限域型上转换纳米颗粒相结合的微球荧光检测原理图。
为进一步提高检测性能，李诚予副教授继续在上述工作的基础上引入基于DNA Walkers的信号放大策略，成功实现了对miRNA-21序列的超高灵敏分析。该工作在发光限域型上转换纳米颗粒表面利用Nicking exonucleas作为引发器，实现了一种三维DNA Walkers，并结合光镊技术，使得检测灵敏度提升至69 aM。该方法不仅可在单细胞水平上准确定量待测物含量，而且对临床乳腺癌患者血清内的游离microRNA-21序列具有很好的检测能力。研究成果“Incorporating Luminescence-Concentrating Upconversion Nanoparticles and DNA Walkers into Optical Tweezers Assisted Imaging: A Highly Stable and Ultrasensitive Bead Supported Assay”在化学领域国际权威期刊《Chemical Communications》（自然指数期刊，SCI一区，影响因子：6.164）上发表。李诚予副教授是该论文的第一作者，通讯作者是武汉大学唐宏武教授和南开大学庞代文教授，武汉科技大学是论文第二单位。
图4. 光镊、发光限域型上转换纳米颗粒、DNA Walkers相结合的微球荧光检测原理图。
（医学院）
论文作者简介：
李诚予，本科毕业于华中师范大学，获化学和物理学双学士学位，博士毕业于武汉大学分析化学专业。2018年7月受聘为我校医学院教师。目前主持国家自然科学基金项目一项、校级科研启动项目三项，以第一作者在SCI一区期刊《AnalyticalChemistry》、《ChemicalCommunications》、《ACSSensors》、《BiosensorsandBioelectronics》、《SensorsandActuatorsB：Chemical》发表论文9篇。
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssensors.9b02043
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400518320951
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.9b01941
https://doi.org/10.1039/D0CC02454F
