(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210502525.X (22)申请日 2022.05.10 (71)申请人 国科温州研究院 （温州生物材 料与 工程研究所） 地址 325038 浙江省温州市龙湾区永中街 道金联路1号 (72)发明人 叶方富　张乐翔　商珞然　余筠如　 赵远锦　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 戴朝荣 (51)Int.Cl. C12Q 1/686(2018.01) C12Q 1/6886(2018.01) C12N 15/11(2006.01) (54)发明名称 一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对 前列腺癌外泌体microRNA的检测方法 (57)摘要 本发明提供一种基于程序化近红外光介导 的光热PCR对前列腺癌外泌体microRNA的检测方 法， 包括以下步骤： S1、 激光器可控输出模块包括 近红外光激光器、 电压线 性放大器、 Ardu ino电路 板、 Arduino IDE开源平台； 近红外光激光器外部 具有激光光纤探头； S2、 利用多巴胺涂层将Fe3O4 纳米颗粒和MXene纳米片粘附起来， 形成Fe3O4@ MXene复合材料， 接着在Fe3O4@MXene复合材料的 外部包裹SiO2外涂层， 形成Fe3O4@MXene@SiO2复 合材料， 最后将Fe3O4@MXene@SiO2复合材料添加 到琼脂糖的水溶液中； 还添加有microRNA ‑21‑ 5p、 PCR引物、 stem  loop逆转录引物； S3、 在 Arduino IDE开源平台编译程序， 烧录进Arduino 电路板； 将复合光热纳米材料水凝胶置于激光光 纤探头下方， 通过优化激光器可控输出模块的近 红外光光照程序， 实现光控的逆转录反应和PCR 热循环反应； 最后通过电泳定性是否存在microRNA ‑21‑5p。 权利要求书3页 说明书7页 序列表2页 附图3页 CN 114891865 A 2022.08.12 CN 114891865 A 1.一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体microRNA的检测方法， 其特征在于， 包括以下步骤： S1、 开发激光器可控输出模块： 激光器可控输出模块包括近红外光激光器(1)、 电压线性放大器(2)、 Arduino电路板 (3)、 Arduino  IDE开源平台； 所述近红外光激光器(1)具有I/O接口， 近红外光激光器(1)内 部具有一号开关电源(4)和二号开关电源(5)， 近红外光激光器(1)外部具有激光光纤探头 (6)； 所述近红外光激光器(1)通过I/O接口与电压线性放大器(2)、 Arduino电路板(3)相接 通； S2、 制备复合 光热纳米材 料水凝胶： 在Fe3O4纳米颗粒表面涂覆多巴胺涂层， 然后将 其添加到MXene纳米片分散液中， 多巴胺 涂层将Fe3O4纳米颗粒和 MXene纳米片粘附起来， 形成Fe3O4@MXene复合材料， 接着通过改进 的 方法在Fe3O4@MXene复合材料的外部包裹SiO2外涂层， 形成Fe3O4@MXene@SiO2复合 材料， 最后将Fe3O4@MXene@SiO2复合材料添加到琼脂糖的水溶液中， 形成 复合光热纳米材料 水凝胶； 所述复合光热纳米材料水凝胶中还添加有microRNA ‑21‑5p、 PCR引物、 stem  loop逆转 录引物； S3、 光热PCR检测前列腺癌外泌体microRNA ‑21‑5p： 利用正交测试， 定量考量复合光热纳米材料水凝胶的升温速率受激光照 射功率和纳米 材料含量的影响， 在Arduino  IDE开源平台编译程序， 并烧录进Arduino电路板(3)； 将复合 光热纳米材料水凝胶置于激光光纤探头(6)下方， 通过优化激光器可控输出模块的近红外 光光照程序， 实现光控的逆转录反应和PCR热循环反应； 最后通过电泳定性是否存在 microRNA ‑21‑5p。 2.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S1中， 所述Arduino电路板(3)的高 电平引脚和接地引脚分别与电压线性放大器 (2)控制端的输入电压正负极Vin+和Vin ‑相连； Arduino电路板(3)的供电和程序烧录通过 USB接口与电脑交 互。 3.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S1中， 所述电压线性放大器(2)供电的正、 负极分别与一号开关电源(4)的电压输 出端和地线相连； 电压线性放大器(2)的输出电压正极与近红外光激光器(1)的 “外控模式 功率调节 ”端口相连。 4.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S1中， 所述近 红外光激光器(1)的I/O接口的具体接线方式为： interlock接口pin1 和pin4短接； “IO模式选择 ”和“激光器出光控制 ”接口连接在二号开关电源(5)的恒压输出 端；“GND1”与一号开关电源(4)的地线相连， “GND2”与二号开关电源(5)的地线相连。 5.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114891865 A 2步骤S1中， 所述近红外光激光器(1)选用额定功率为5～20W的激光器； 电压线性放大器 (2)选用最终放大空间在0 ‑10W、 0‑20W， 0‑50W中的一种； 一号开关电源(4)和二号开关电源 (5)均选用参数为12 V‑1A、 24V‑1A、 12V‑2A、 24V‑2A中的一种。 6.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S1中， 所述Arduino  IDE开源平台编译控制输出高电平引脚的模拟输出电压值和 近红外光的功 率强度、 照射时长、 循环照射过程的函数关系， 并通过USB烧录进Arduino电路 板(3)。 7.根据权利要求6所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S1中， 所述高电平引脚的模拟输出电压值通过ledPin函数定义； 所述近红外光的 功率强度通过analogWrite函数赋值， 近红外光的照射时长通过delay函数定义， 近红外光 的循环照射过程 通过cycle函数定义。 8.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S2中， 所述F e3O4纳米颗粒的粒径为10 0～350nm。 9.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S2中， 所述MX ene纳米片分散液的浓度为0.1～ 2mg/mL， 体积为10mL。 10.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S2中， 所述F e3O4@MXene复合材 料的粒径 尺寸为500～2000nm。 11.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S2中， 所述SiO2外涂层的具体包裹步骤如下： 将Fe3O4@MXene复合材料用去离子水 和乙醇清洗后， 添加到氨水的乙醇溶液中， 逐滴加入400 μL的正硅酸乙酯， 搅拌一小时后， 即 可在Fe3O4@MXene复合材料表面包裹SiO2外涂层， 使用去离子水和乙醇清洗后获得Fe3O4@ MXene@SiO2复合材料。 12.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S2中， 所述琼脂糖水溶液的浓度为0.1～5％， 琼脂糖可以替换为冷水鱼源的明胶 或溶胶‑凝胶转化温度低于 50℃的水凝胶。 13.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于， 步骤S2中， 在所述 复合光热纳米材料水凝胶中， 包含Fe3O4@MXene@SiO2复合材料的琼脂 糖水凝胶含量占比为0.5～2wt％， microRNA ‑21‑5p、 PCR引物和stem  loop逆转录引物的添 加量为0.3×10‑6M/30 μL。 14.根据权利要求1所述的一种基于程序化近红外光介导的光热PCR对前列腺癌外泌体 microRNA的检测方法， 其特 征在于，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114891865 A 3