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肿瘤标志物 miRNA 的高灵敏度检测面临挑战，研究人员开展了光热效应辅助还原氧化石墨烯（rGO）生物传感器检测 miRNA-21 的研究。该传感器无需核酸扩增，检测限低至 4.05 fM，特异性良好，为肿瘤标志物 miRNA 检测提供了新途径。
在肿瘤诊断的领域中，微小核糖核酸（miRNA）就像隐藏在人体细胞里的神秘 “信使”。与传统癌症标志物不同，miRNA 的产生是动态变化的，这就好比给研究人员提供了一个实时观察肿瘤发生发展的 “窗口”。而且，它在健康人体内的表达水平十分稳定，不受年龄、体重和性别等因素的显著影响，因此在肿瘤诊断和预后评估方面具有巨大的潜力。
然而，miRNA 也给科研人员带来了不少难题。它在人体内的含量极低，处于飞摩尔（fM）级别甚至更低，就像大海里的一滴水，极难被检测到；同时，它的长度很短，只有 21 - 23 个核苷酸，并且还存在序列变异。这些特点使得对它的检测成为了生物传感器领域的一大挑战。
基于光学折射率（RI）传感的分析方法，如表面等离子共振（SPR）和局域表面等离子共振（LSPR），在 miRNA 检测中得到了广泛应用。这些方法具有无需标记、可监测动态反应过程的优点。但是，为了提高检测灵敏度，通常需要进行核酸扩增，这一过程涉及多种酶的参与，不仅让检测过程变得复杂，还增加了劳动强度。直到现在，不进行核酸扩增就能实现肿瘤标志物 miRNA 的高灵敏度检测，对于光学 RI 传感器来说依旧是一个未被攻克的难题。
在这样的背景下，国内的研究人员为了解决这一难题，开展了一项关于光热效应辅助还原氧化石墨烯（rGO）生物传感器用于高灵敏度检测肿瘤标志物 miRNA - 21 的研究。这项研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics》上，为肿瘤标志物 miRNA 的检测开辟了新的道路。
研究人员在这项研究中主要运用了以下几种关键技术方法：首先，采用高温还原法制备 rGO 样本；接着，利用氨基和羧基的结合将链霉亲和素固定在 rGO 表面，再通过生物素和链霉亲和素的特异性结合，将生物素修饰的 DNA 探针固定在 rGO 表面；然后，利用单链 DNA（ssDNA）修饰的金纳米粒子（AuNPs）和目标 miRNA - 21 与 DNA 探针的竞争性杂交，通过监测 rGO 表面 RI 的变化来实现对 miRNA - 21 的定量检测；此外，利用 rGO 的光热效应，通过泵浦光与 rGO 的相互作用来提高核酸链的杂交动力学，实现信号放大。
下面来详细看看研究结果：
- 检测原理：rGO 样本经高温还原法制备完成后，研究人员通过一系列化学结合反应将链霉亲和素和生物素修饰的 DNA 探针依次固定在 rGO 表面。不同浓度的目标 miRNA - 21 和 ssDNA - AuNPs 会与 DNA 探针发生竞争性杂交，通过监测 rGO 表面 RI 的变化来实现对 miRNA - 21 的定量检测。
- 灵敏度：该生物传感器对目标 miRNA - 21 展现出了极高的灵敏度，在无需核酸扩增的情况下，检测限低至 4.05 fM。这一成果打破了传统检测方法的局限，为低丰度 miRNA 的检测提供了新的可能。
- 特异性：该生物传感器具有良好的特异性，能够识别 miRNA - 21 中的单碱基错配。这意味着它可以准确地区分正常和异常的 miRNA - 21，为肿瘤的精准诊断提供了有力支持。
- 实际样本检测：研究人员成功地对添加到人类尿液样本中的低丰度 miRNA - 21 进行了准确定量。这表明该生物传感器具有在实际临床样本检测中应用的潜力，有望成为肿瘤早期诊断的重要工具。
在研究结论和讨论部分，研究人员指出，光热效应辅助 rGO 生物传感器能够实现对肿瘤标志物 miRNA - 21 的高灵敏度检测，主要得益于两种策略。一方面，AuNPs 的局域表面等离子共振（LSPR）效应极大地干扰了 rGO 表面的电场，实现了信号放大；另一方面，rGO 与泵浦光的相互作用为核酸链的杂交提供了适宜的原位温度，促进了杂交动力学，进一步放大了信号。
这项研究成果具有重要意义。它不仅为肿瘤标志物 miRNA 的检测提供了一种无需核酸扩增、高灵敏度且能监测核酸动态杂交过程的新方法，还为未来肿瘤早期诊断技术的发展提供了新的思路和方向。在临床应用方面，有望通过简单的尿液检测，实现对肿瘤的早期发现和诊断，从而为患者争取更多的治疗时间，提高治愈率。同时，该研究成果也为生物传感器领域的发展注入了新的活力，推动了相关技术的进一步研究和创新。
