在癌癥早期診斷領域，通過檢測血液或尿液中與腫瘤相關的生物標記物來診斷癌癥的液體活檢與傳統活檢相比侵入性更低，更為經濟省時，需要專業技能也較少。循環DNA（circulating DNA），微RNA（microRNA， miRNA），和其它非編碼RNA都可以成為與**相關的生物標記物。日前，美國紀念斯隆-凱特琳癌癥中心（Memorial Sloan Kettering Cancer Center）利用“單壁碳納米管”的光譜特性制成一種能夠直接檢測血液或尿液中miRNA的納米傳感器。這一**不但可以讓液體活檢更為標準化，而且讓在人體內實時檢測生物標記物也成為可能。


目前的多種miRNA檢測手段介紹（圖片來源：《Nature Biomedical Engineering》）

微RNA由于在體液中很好的穩定性成為液體活檢中重要的生物標記物之一。目前多種miRNA檢測方法都有各自的缺陷：以qPCR為基礎的檢測方法靈敏度很高，但是樣本提純和片段復制步驟可能引入系統誤差和噪音。基因芯片(microarray)的方法靈敏度不高，而且假陽性比例較高。*新的RNA測序(RNA-Seq)雖然非常靈敏和準確，但是操作步驟和數據處理過程繁雜，導致不同實驗室之間的結果很難相互比較。不同的樣本提純試劑盒也會帶來各自的系統偏差。那么有沒有方法能夠避免這些缺陷呢？


一種納米傳感器有望能彌補miRNA檢測手段的不足（圖片來源：《Nature Biomedical Engineering》）

紀念斯隆-凱特琳癌癥中心的研究人員合成的納米傳感器解決了這些問題。這種納米傳感器由一條單鏈DNA片段和單壁碳納米管構成。單鏈DNA片段包括一個納米管結合序列和一個miRNA-19結合序列。單壁碳納米管的光譜特性是它釋放的光信號的波長和強度會隨著管壁表面附著的分子的變化而改變。當單鏈DNA片段與納米管結合時納米管釋放的熒光波長位于近紅外區。而如果環境中存在miRNA-19的DNA或RNA片段時，miRNA-19結合序列會從納米管上脫離，與miRNA-19片段相結合。這導致在納米管上暴露出來的區域被溶液中的SDS占據。這個變化導致納米管釋放的熒光波長藍移(blue-shift)并且熒光強度變強。這個熒光波長和強度的變化能夠被檢測儀器**地檢測出來。

這種納米傳感器有很高的特異性，它能成功識別miRNA-19序列，而對包含423種隨機序列的寡聚核苷酸庫沒有反應。而且它的敏感性也很高，能夠檢測到濃度為10～100pM的miRNA。更為重要的是這種納米傳感器直接與樣本miRNA結合，熒光信號被直接讀出，不需要樣本提純和片段復制的過程，因而避免了現有miRNA檢測方法中的固有缺陷。


與特異miRNA分子的結合，會改變納米管光信號的波長（圖片來源：《Nature Biomedical Engineering》）

這種納米傳感器的另一個優點在于由于它釋放的熒光波長處于近紅外區，這些熒光信號可以穿越組織和皮膚仍然被儀器檢測到。這意味著這些納米傳感器可以被植入到人體內，成為實時檢測生物標記物存在的傳感器。研究人員將它們植入到小鼠的腹腔中，當miRNA-19被注射到腹腔中時，透過小鼠的皮膚，研究人員能夠檢測到納米傳感器與miRNA-19結合時發出的熒光信號。科學家們的預想是在未來可以將檢測多種生物標記物的不同納米傳感器移植到患者體內，患者用可穿戴設備對這些生物標記物進行實時檢測。這將給早期診斷帶來**性的變化。