第一作者：Yi-Hui Wang

通讯作者：Huai-Song Wang

通讯单位：China Pharmaceutical University

研究内容： 

本文研究了两种基于发光金属有机框架(LMOF)的探针作为荧光寡核苷酸指示物，用于比测microRNA (miRNA)的检测。LMOF (AuNCs@ZIF-8)是用金纳米团簇(AuNCs)封装的ZIF-8。以2,2 -二硫代二苯甲酸(dtba)和1,10 -邻菲罗啉(phen)为配体，以Zn²⁺为金属中心，制备了另一种LMOF (Zn₂Ph₂Da)。它们都对吸附的荧光团标记的miRNA适配体具有荧光发射行为和荧光猝灭能力。当目标miRNAs与适配体杂交时，标记荧光团的荧光会恢复。同时，LMOFs的荧光强度保持不变。为了提高miRNA检测的灵敏度，设计并优化了由miRNA适配体和嵌入SYBR Green I分子的dsDNA片段组成的新型荧光团标记适配体(SYBR-dsDNA-aps)。乳腺癌小鼠或炎症大鼠血清中miR-21和miR-155的检测证明，制备的荧光寡核苷酸指示剂是比率测定miRNA检测的有希望的选择。

要点一：

本文制备了新型的LMOF载体AuNCs@ZIF-8纳米复合材料和Zn₂Ph₂Da纳米晶体。设计并优化了由嵌入SYBR Green I分子的miRNA适配体和dsDNA片段组成的荧光团标记适配体(SYBR-dsDNA-aps)。将SYBR-dsDNA-Aps与AuNCs@ZIF-8纳米复合物或Zn₂Ph₂Da纳米晶体组装，制备比例miRNA传感器。AuNCs可以为AuNCs@ZIF-8提供荧光特性。同时，ZIF-8的配体(即咪唑)可以通过EnT效应增强AuNCs的荧光强度。此外，AuNCs@ZIF-8表面的AuNCs增强了对组装的SYBR-dsDNA-Aps的荧光猝灭能力。

要点二： 

Zn₂Ph₂Da是一类具有大量表面共轭结构的新型LMOFs。通过对Zn₂Ph₂Da晶体进行超声处理或改变制备温度，可以将Zn₂Ph₂Da晶体简单地缩小到纳米级。Zn₂Ph₂Da纳米晶体对具有高信号本底比的SYBR-dsDNA-Aps具有高效的荧光猝灭能力。与氧化石墨烯相比，Zn₂Ph₂Da纳米晶体对DNA或miRNA具有相同的传感能力，且更容易通过简单的溶剂热法制备。此外，Zn₂Ph₂Da在紫外区具有荧光性质，可用于设计比例传感器。

要点三： 

对于miRNA传感，SYBR-dsDNA-Aps与AuNCs@ZIF-8或Zn₂Ph₂Da组装，制备比例传感器。在目标miRNA存在的情况下，标记的SYBR-dsDNA信号表现出从荧光猝灭到恢复的过程。通过优化SYBR-dsDNA-Aps的荧光强度得到增强。这种类型的LMOF传感器被进一步用于检测miR21和miR-155，这是癌症和炎症的生物标志物。采集乳腺癌小鼠或炎症大鼠血清。检测结果显示，与健康组相比，疾病组的miR-21和miR-155的上调幅度约为2-3倍。因此，本工作中设计的LMOF传感器将为miRNA检测提供有前途的选择。

Scheme 1：LMOFs荧光miRNA传感示意图

图1：AuNCs@ZIF-8纳米复合材料的表征。(A-D) AuNCs@ZIF-8 2纳米复合材料AuNCs (A)的TEM图像(B、C和D的制备时间分别为3 h、9 h和12 h)。(E)推测AuNCs@ZIF-8的合成过程。(F) ZIF-8的TEM图像。(G) AuNCs@ZIF-8纳米复合材料的XRD谱图。(H) AuNCs和AuNCs@ZIF-8纳米复合材料的荧光光谱。(I) AuNCs@ZIF-8纳米复合材料的XPS图。

图2: 使用AuNCs@ZIF-8进行microRNA的比率传感。(A)荧光传感过程示意图。(B)与含有miR-21 (50 pM)的AuNCs@ZIF-8 2 (~0.2 mg mL 1)混合的荧光适配体的荧光光谱(P1-CP1, P2-CP1和FAM-P0为50 nM)。λex = 480nm。(C) miR-21与P1-CP1或P2-CP1的非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳。(D)使用P2-CP1 (100 nM)与AuNCs@ZIF-8 2 (~0.2 mg mL 1)混合，对miR-21进行比率荧光检测。(E) FSG/FZIF比值下miR-21的校准曲线(FSG: P2-CP1中SYBR Green I的荧光强度;FZIF:荧光强度AuNCs@ZIF-8 2)。(F) miR-21传感器的选择性。

图3：Zn₂Ph₂Da的表征及荧光ssDNA传感性质。(A) Zn₂Ph₂Da的配位环境。(B)沿a轴看Zn₂Ph₂Da的三维结构。(C)超声(C1)和Zn₂Ph₂Da-100 (C2)制备的Zn₂Ph₂Da纳米粒子的扫描电镜(SEM)图像。(D)粉末x射线衍射图。比例尺:50纳米。(E) TAMRA-P’ (10 nM)与T’ (15 nM)在含有0.025 mg mL^-1 Zn₂Ph₂Da的10 mM PBS中的荧光光谱。(F) TAMRA-P’在0.025 mg mL 1纳米淬灭液(悬液于10 mM PBS, pH 7.4)中，含T’和不含T’ (15 nM)的峰值荧光强度(10 nM)。插图:纳米管上的信号背景比(F/F₀) (a: Zn₂Ph₂Da, b: Zn₂Ph₂Da-100, c: GO, d: MIL-101, e: ZIF-8)。(G) Zn₂Ph₂Da对适体探针的荧光猝灭示意图。(H) TAMRA-P’ (0.2 nM)在无(a)和有(b) 0.025 mg mL^-1 Zn₂Ph₂Da时的荧光发射光谱。(I) TAMRA-P’在(a)和(b) 0.025 mg mL^-1氧化石墨烯时的荧光发射光谱(0.2 nM)。

 图4：基于Zn₂Ph₂Da传感器的miR-21和miR-155荧光检测。(A) miRNA诱导的比例荧光变化示意图。(B) P2-CP1与miR-21在含有Zn₂Ph₂Da的PBS中的荧光光谱。(C)比值荧光传感miR-21使用P2-CP1 (25 nM)与Zn₂Ph₂Da (~0.025 mg mL^-1)混合。(D) PBS缓冲液中(F₅₂₂-F₀) / F₃₆₆与miR-21浓度之间的线性相关。F₅₂₂: miR-21存在下P2-CP1在522 nm处的峰值发射强度。F₀: miR-21缺失情况下P2-CP1在522 nm处的峰值发射强度。F₃₆₆: Zn₂Ph₂Da在366 nm处的峰值发射强度。(E)物理环境中(F₅₂₂-F₀) / F₃₆₆比值与miR-21浓度的线性相关。(F) miR-21传感器的选择性。(G)实际生物系统中荧光检测miRNA示意图(Ⅰ:正常小鼠组;Ⅱ:肿瘤组织;Ⅲ:炎症组)。(H)健康小鼠和乳腺癌小鼠中miR-21和miR-155的定量。(I)健康大鼠和炎症大鼠miR-21和miR-155的定量。

参考文献

Yi-Hui Wang, Zhen-Shu Shao, Chen Cheng, Jia-Li Wang, Zhen Song, Wen-Jun Song, Feng Zheng, Huai-Song Wang. Fluorescent oligonucleotide indicators for ratiometric microRNA sensing on metal-organic frameworks. Chemical Engineering Journal, 2022, 437, 135296.