《Angew. Chem.》基于DNA分子计算的晶体管平台用于癌症诊断

随着全球癌症发病率的不断攀升，核酸分析技术在癌症的诊断与治疗过程中扮演着至关重要的角色。近年来，众多研究揭示了微小RNA（miRNA）可以作为潜在的生物标志物，通过同时检测和分析多个miRNA有助于提高癌症诊断准确性。然而，目前常见的miRNA检测方法存在操作复杂、成本高昂，并且依赖于专业设备的问题。因此，开发一种能够准检测和逻辑分析多种miRNA标志物并在临床护理点提供即时结果的癌症诊断技术具有迫切需求。

近日，复旦大学魏大程教授团队设计了一种基于DNA分子计算的晶体管“一站式（one-stop）”诊断平台，该平台集成了传感与计算功能，实现了在单个晶体管芯片上对多个miRNA标志物的同时检测与逻辑分析，提升了癌症诊断的效率与准确性。

该平台的工作流程包括样本输入、检测与逻辑计算、机器学习和结果输出四个步骤。首先，平台以与癌症相关的miRNAs作为输入分子，并将这些分子引入石墨烯场效应晶体管（GFET）的反应腔室中。随后，在传感界面上利用DNA分子计算技术，采用AND和OR逻辑门作为计算单元，执行多级布尔运算，生成报告基因。这些报告基因与GFET上的DNA四面体框架结合，产生电信号响应。这一步骤使得平台能够在单个晶体管上同时检测多个输入分子，降低了成本与操作复杂性。接着，通过机器学习确定最优阈值，提高诊断准确性。最终，根据电信号和阈值获得诊断结果。

由于高信号转换效率，该平台即使在分析物浓度降至2×10⁻¹⁶ M时，仍能得到准确的诊断结果。在对22例肝细胞癌患者和40例非肝细胞癌患者的血清样本进行检测时，该平台展现出高达98.4%的诊断准确率。

该论文的第一单位为复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室。复旦大学博士后孔德荣和博士研究生张申为共同第一作者。复旦大学魏大程研究员、东方肝胆外科医院耿利教授、复旦大学博士后孔德荣为共同通讯作者。

论文信息：

DNA Logical Computing on a Transistor for Cancer Molecular Diagnosis

Angewandte Chemie International Edition 2024, 63, e20240739

网址链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.202407039