背景：
微RNA（miRNA）作为一种小型非编码RNA，在转录后基因调控中发挥着重要作用，其异常表达与肿瘤的形成、侵袭和转移密切相关。miRNA因其在体液中的稳定性成为非侵入性检测方法的理想选择，具有广泛的临床应用潜力。多重miRNA检测能够增强早期诊断和疾病监测的能力，因此开发先进的miRNA分析工具显得尤为重要。
当前，已有多种检测工具被提出，包括微阵列、纸基传感器和悬浮微颗粒等。其中，基于水凝胶微颗粒的平台因其小尺寸和可定制的结构而备受关注。然而，现有的微颗粒系统在多重检测中仍存在方向不确定性和信号读取效率低的问题。因此，开发支持多重探针加载并能够高效定量miRNA的新型颗粒工具，尤其是与信号放大策略兼容的工具，成为研究热点。
导读：
近期，清华大学吴增楠博士、北京工商大学林玲教授等人提出了一种利用微流控技术生成的自导向多隔室水凝胶微球（SDMHs）进行多重miRNA检测的新方法，这种微球具有优异的稳定性和信号放大兼容性，可在单粒子水平上实现高灵敏度和特异性检测，在非侵入性临床诊断中具有广泛的应用潜力。相关研究以“Microfluidic-Enabled Self-Directed Hydrogel Microspheres for Multiplexed MicroRNA Assays”为题目，发表在期刊《Analytical Chemistry》上。
本文要点：
1、本研究提出了一种新型单颗粒多重miRNA检测方法，利用微流控技术制备的自导向多隔室水凝胶微球（SDMHs）。
2、这些微球设计了多个隔室用于负载分析探针，并包含一个封装空气的区域，使其在水溶液中能够保持稳定定向，无需复杂设备即可高效读取信号。
3、这些微球展现了优异的热稳定性，同时兼容杂交链式反应（HCR）等信号放大策略，显著提高了检测的灵敏度。
4、实验证明了其对多种miRNA的高灵敏度和高特异性检测能力，展示了其在临床诊断和非侵入性疾病监测中的广泛应用潜力。
5、这一创新技术克服了现有检测工具在定向性和信号解读方面的不足，为诊断技术的进一步发展提供了新的可能性。
微流控技术在SDMHs的制备和应用中起到了怎样的作用？
1.高精度微球制备
微流控技术提供了对液滴精确操控的平台，可实现SDMHs的高重复性和结构精确性：
使用带有多个通道的微流控芯片，通过控制流体的分层流动，形成多隔室结构。这使得单颗粒微球可同时容纳多个分析探针，支持多重miRNA检测。
在液滴生成过程中，微流控设备结合静电场驱动，实现均一的颗粒尺寸和形态，具备约1.34%的直径变异系数，展现出高单分散性。
2.动态成型与空气区域封装
微流控设备的动态液滴冲击和交联反应是形成空气包裹区域的核心：
当液滴撞击接收液表面时，液滴发生变形，导致水凝胶向外扩散。在此过程中，液滴表面迅速闭合，使表面能最小化，形成一个球体并在微球内部封装空气区域。
同时引入的Ca2+-海藻酸钠交联反应稳固了结构，确保微球的热稳定性和在水溶液中的内部一致性。
3.多隔室高效加载与信号解码
微流控芯片的灵活性和高通道设计支持多分区标记：
不同隔室可加载性能不同的荧光标记探针，实现多重目标信号的区分和读取。
空气区域的定向特性与微流控系统结合，使微球在成像时保持一致的姿态，显著提高信号解码效率。
4.可扩展性与通用性
微流控平台具备良好扩展性，能够通过增加通道设计生产8隔室甚至更多分区的微球，为更高复杂度的分析提供可能性。
综上，微流控技术在SDMHs的制备与应用中不仅实现了高精度的结构设计和高效稳定性，还为多重目标检测的广泛应用提供了技术支持，这为非侵入性临床诊断和多功能生物传感器的开发奠定了基础。
空气封装区域为微球提供了哪些优势？
1.稳定的自定向特性：空气封装区域位于微球对称轴边缘，可使微球在水溶液中自动保持稳定定向性，简化了显微成像与信号解码。
2.高效信号采集：由于所有分区均能稳定展示在显微镜下，研究者可从多分区中快速、高效地读取信号，有效降低信号读取过程中的复杂性，提高实验效率。
3.无需外部能量驱动：通过空气封装区域实现自发定向，避免了复杂的外部仪器操作或能量输入，使操作更直观且减少了对复杂设备的依赖。
图1.用于多重miRNA检测的自导向水凝胶微球制备示意图。（a）微流控微球生成示意图。（b）自导向水凝胶微球作为miRNA检测的工具。
图2.SDMHs生成示意图。（a）液滴撞击的动态过程。（b）SDMHs的图像。（c）对应于图（b）的微球尺寸分布。（d）制备SDMHs的最佳海藻酸盐粘度和钙浓度。比例尺=200μm。
图3.SDHMs的材料装载和分析。（a）六隔室SDHMs的性能。（b）对应于图（a）的SDHMs的荧光读数。（c）六隔室微球的性能。（d）对应于图（c）的特定微球的荧光读数。（e）八隔室SDHMs的图像。比例尺=200μm。
图4.使用六隔室SDHMs检测miRNA的性能。（a）微球在与目标miRNA（0.01μM）孵育后的荧光图像。（b）检测限为10-4μM，对（i）miRNA-133a、（ii）、miRNA-200b和（iii）miRNA-143的线性检测范围为10-4至1μM。比例尺=200μm。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c05349
