基于红细胞膜的空间限域与流动性熵驱动链置换反应实现microRNA的高效快速检测

本文创新性地利用红细胞膜（RBC）构建了兼具空间限域效应和膜流动性的熵驱动链置换反应（ESDR）平台（RBC-ESDR），通过胆固醇修饰实现探针高效锚定与比例灵活调控，显著提升了反应动力学。相较于传统自由扩散体系，该策略将反应速度提升6倍，灵敏度提高2个数量级，为复杂生物样本中microRNA-21（miR-21）的快速、高灵敏检测提供了经济高效的解决方案，展现出显著的临床诊断潜力。

　　

Highlight

Working Principle of RBC-ESDR Sensing Platform

本研究设计了一种基于红细胞膜载体的ESDR传感器，命名为RBC-ESDR，用于检测癌症生物标志物miR-21。其原理如方案1所示。方案1A展示了锚定在红细胞膜上以形成RBC-ESDR传感平台的底物探针（LP）和燃料探针（LF）的组装过程。Linker1、S1、S2-Q和S3-F被组装形成底物探针LP，荧光基团FAM与淬灭基团BHQ1的邻近导致荧光信号被关闭（“off”状态）。Linker2和F1被组装形成燃料探针LF。通过Linker1和Linker2末端的胆固醇修饰，LP和LF可以轻松高效地锚定在红细胞膜的磷脂双分子层上。得益于红细胞膜出色的生物相容性和稳定性，RBC-ESDR探针在复杂的生物环境中表现出卓越的稳定性。同时，红细胞膜的限域效应显著提高了LP和LF的局部浓度。更重要的是，红细胞膜具有天然的流动性，这使得锚定在其上的探针能够通过 lateral diffusion 进行自由移动和高效碰撞，从而极大地促进了后续的ESDR反应。

当存在目标miR-21时（方案1B），miR-21会与底物探针LP中的S1区域杂交。随后，燃料探针LF中的F1区域与LP中的S2-Q区域发生链置换反应，置换出miR-21/S1双链体和S3-F单链。被置换出的miR-21可以进入下一个循环，催化更多的反应。而S3-F单链的释放则导致荧光基团FAM与淬灭基团BHQ1分离，从而产生强烈的荧光信号（“on”状态），实现对miR-21的超灵敏检测。

Conclusion

总而言之，我们成功构建了一种基于红细胞膜（RBC）的ESDR荧光生物传感器（RBC-ESDR），用于检测复杂生物样品中的癌症生物标志物miR-21。与现有方法相比，RBC-ESDR展现出多重优势。首先，通过胆固醇修饰的Linker链，底物探针和燃料探针可以高效地锚定在红细胞膜上，实现了不同比例探针的集成式加载。红细胞膜的限域效应可以显著提高探针的局部浓度，而其流动性则极大地增强了探针之间的碰撞效率，二者协同作用共同加速了ESDR的反应动力学。其次，得益于红细胞膜天然的生物相容性，RBC-ESDR探针在复杂的生物环境中表现出优异的稳定性。因此，RBC-ESDR传感平台对miR-21的检测表现出超高的灵敏度（检测限低至3.1 fM）和卓越的选择性，并且成功应用于稀释血清样品中miR-21的检测。综上所述，RBC-ESDR策略为快速、高效、灵敏地检测疾病相关生物标志物提供了一个强大的工具，在临床诊断和生物医学研究领域具有广阔的应用前景。