二氧化硅纳米线功能化的玻璃微孔传感器用于超灵敏检测脱氧核糖核酸

脱氧核糖核酸（DNA）是一种具有生物遗传功能的分子，也是疾病检测和治疗的生物标志物。作为遗传信息的载体，DNA核苷酸序列中碱基的突变和缺失会导致相关疾病的发展。因此，对不同的DNA序列进行高灵敏度的检测是必不可少的。到目前为止，DNA检测已经建立了许多方法：化学发光、电化学发光、表面等离子体共振、电化学检测、表面增强拉曼散射、场效应晶体管、荧光检测、电化学检测等。尽管这些方法具有精度高、检测范围广等优点，但所用仪器昂贵和操作时间长的缺点限制了DNA检测的效率。因此，迫切需要开发一种通用、高灵敏度、简便的DNA分子检测方法。

玻璃管纳米孔具有制备简单、孔径可调节、其尺寸与生物分子相当以及良好的刚性等特性，可以用作分子检测和活细胞监测的纳米探针。二氧化硅纳米线（SiNWs）具有高纵横比和良好的柔韧性，可以用作“构建块”，以构建具有丰富孔隙率和高度可接近表面积的独立纳米线膜，用于生物分子的功能化。基于这些优异的特性，SiNWs可以对玻璃微纳米孔道进行功能化改性，用于构建高灵敏度的纳米线膜功能化的玻璃微管纳米器件。

近期，温州大学化学与材料工程学院刘楠楠副教授课题组提出了一种自下而上的二氧化硅纳米线功能化玻璃微孔（SiNWs@GMP）传感器的组装方法，并开发了一个用于DNA超灵敏和特异性检测的通用传感平台。SiNWs形成的三维网络结构提供了高度丰富且易于接近的结合位点，允许大量捕获探针DNA的固定，能够使更多的目标DNA与捕获探针DNA杂交，从而提高检测性能。这种SiNWs@GMP传感器的检测范围广（1 aM至100 fM），检测限低（1 aM）。同时可以区分1、3、5错配的目标DNA序列，并从复杂的混合溶液中特异性识别目标DNA。此外，基于这种出色的选择性和特异性，我们通过检测与禽流感病毒相关的DNA（H1N1和H5N1）序列来验证这种传感策略的普遍性。通过更换核酸适配体的类型，有望实现多种生物分子的大范围、低检出限的灵敏检测。结果表明，所开发的通用传感平台具有超高的灵敏度、优异的选择性、稳定性和可接受的重现性，展示了其在DNA生物分析中的潜在应用。

本工作以“Silica Nanowires-Filled Glass Microporous Sensor for the Ultrasensitive Detection of Deoxyribonucleic Acid”为题发表在《ACS Sensors》上。以温州大学为第一通讯单位，温州大学化学与材料工程学院刘楠楠副教授为通讯作者，第一作者为化学与材料工程学院2022级研究生许诗维。本研究得到了浙江省自然科学基金项目LY24B050003和温州市科研项目（G2023042）的资助以及感谢温州大学化学与材料工程学院王亚军教授提供的指导与帮助。

文章链接：Silica Nanowires-Filled Glass Microporous Sensor for the Ultrasensitive Detection of Deoxyribonucleic Acid, ACS Sensors, doi: 10.1021/acssensors.4c00072。

图1. SiNWs@GMP传感器用于超灵敏检测目标DNA的示意图。