基于催化发夹组装增强光引发化学发光的超灵敏miRNA-21检测技术及其在癌症早期诊断中的应用

本研究开发了一种整合催化发夹组装（CHA）与光引发化学发光检测（LiCA）的级联放大策略，实现了血清miRNA-21的超灵敏检测（检测限达0.21 pM）。该技术通过目标miRNA触发三元复合物形成并启动CHA循环，利用近距离（<200 nm）单线态氧（1O2）转移产生低背景化学发光信号，在2%人血清中表现出优异线性（R2=0.9958）和基质耐受性。临床样本验证显示其对乳腺癌、胃癌和结直肠癌具有完美诊断区分度（AUC=1.00），为复杂基质中低丰度miRNA分析提供了强大工具。

　　

Highlight

该研究通过CHA与LiCA技术的创新融合，实现了对血清miRNA-21的超灵敏检测，其检测限达到飞摩尔级别（1.55 pg/mL或221 fM），并在三大癌症类型中展现出完美的临床诊断性能。

Design and characterization of CHA-LiCA sensing system

为开发更灵敏稳定的血清miRNA检测策略，本研究构建了CHA与LiCA联用的级联信号放大系统（如Scheme 1所示）。发夹探针H1通过链霉亲和素-生物素连接修饰在化学发光微球（chemibeads, CBs）上，其序列与敏感微球（sensibeads, SBs）上的H2部分互补。当目标miR-21引入后，其与H1杂交并打开发夹结构，形成H1-miRNA双链并暴露粘性末端与H2杂交，从而启动CHA介导的目标循环（第一级放大阶段）。形成的"化学微球-H1-H2-敏感微球"复合物在680 nm光激发下产生强烈化学发光信号（第二级放大阶段），实现浓度依赖的超灵敏miRNA定量检测。

Conclusions

总之，本研究开发了一种新型超灵敏miRNA检测方法：通过CHA进行目标预扩增，再利用LiCA介导的单线态氧（¹O₂）反应进行二级信号放大。该方法在三种主要癌症类型的血清样本中实现了1.55 pg/mL（221 fM）的卓越检测限，其临床性能表现稳健，能完美区分癌症患者与健康供体。