基于双催化发夹放大策略与COF@Au协同作用的miRNA-21超灵敏SERS检测技术

研究人员针对生物样本中低丰度miRNA检测难题，开发了一种结合双催化发夹放大（D-CHA）策略与金纳米颗粒掺杂共价有机框架（COF@Au）的SERS生物传感器。该技术通过多级信号放大和电磁场增强，实现了20分钟内检测限达3.96×10-16 mol/L的miRNA-21超灵敏检测，为早期疾病诊断提供了新工具。

　　

在生命科学领域，微小RNA（miRNA）作为长度约22个核苷酸的非编码RNA分子，已成为肿瘤早期诊断的重要生物标志物。然而，生物样本中极低的丰度使得其检测面临巨大挑战。传统方法如滚环扩增（RCA）和聚合酶链反应（PCR）虽灵敏度高，但依赖生物酶和昂贵试剂，且耗时较长。催化发夹组装（CHA）技术虽简化了流程，仍存在反应动力学慢、背景信号干扰等问题。与此同时，表面增强拉曼散射（SERS）技术因其单分子水平的检测能力备受关注，但纳米颗粒基底的团聚问题制约了其稳定性。

针对这些技术瓶颈，西华大学和重庆文理学院的研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表了一项突破性研究。他们创新性地将双催化发夹放大（D-CHA）策略与金纳米颗粒修饰的共价有机框架（COF@Au）基底相结合，构建了超灵敏SERS生物传感器。该技术通过引入额外发夹DNA（Hp1）实现双催化剂循环，使信号放大效率提升至8.56×10⁹倍，反应速率达8.41×10^-10 M·s^-1。COF材料的高比表面积和均匀金纳米颗粒分布，协同金纳米花（Au NFs）的多尖端结构产生的电磁场"热点"，最终实现了对miRNA-21的快速精准检测。

关键技术方法包括：1）通过NaBH₄原位还原在COF表面沉积Au NPs制备SERS基底；2）设计D-CHA系统实现靶标循环放大；3）利用4-硝基苯硫酚（4-NTP）标记的Au NFs作为SERS标签；4）采用硅片固定化技术构建检测平台。

研究结果
背景
传统miRNA检测技术面临酶依赖、成本高和耗时长三大难题。CHA技术虽实现无酶扩增，但单循环效率限制了检测灵敏度。

结果
D-CHA策略通过Hp1与靶标miRNA-21的同步释放，将反应时间缩短至20分钟。COF@Au基底使4-NTP的拉曼信号增强10⁶倍，结合Au NFs的多热点效应，检测限低至阿摩尔级（3.96×10^-16 mol/L），较常规CHA提升3个数量级。

意义
该研究首次将COF材料与D-CHA策略联用，为超灵敏生物标志物检测提供了新范式。其"信号开启"设计有效避免了假阳性，在临床样本检测中展现出重大应用潜力。

结论与讨论
这项研究通过材料科学与分子生物学的交叉创新，解决了miRNA检测领域的关键技术难题。D-CHA策略的反应效率较传统核酸扩增方法提升近100倍，而COF@Au基底的批间差异<5%，显著优于传统胶体金基底。值得注意的是，该技术可拓展至其他核酸标志物检测，作者团队已着手开发针对miRNA-155的检测体系。未来通过微流控芯片集成，有望实现多种miRNA的即时检测（POCT），为精准医疗提供强有力的技术支撑。