基于SrTiO3/SnO2异质结与哑铃DNA信号放大的光电化学生物传感器用于BPA暴露下microRNA-21表达评估

针对环境污染物BPA诱导的microRNA表达异常检测难题，研究人员开发了集成SrTiO3/SnO2异质结光电材料与哑铃DNA靶标循环系统的PEC生物传感器。该传感器通过能带对齐实现33倍光电流增强，结合DNA纳米球信号转换策略，实现2.1 fM级microRNA-21超敏检测，为环境毒理学评估提供了新范式。

　　

在环境污染物日益威胁人类健康的背景下，双酚A（BPA）等塑化剂通过表观遗传机制干扰microRNA表达的现象引发广泛关注。这类微小RNA的异常表达与癌症等疾病密切相关，但现有检测技术面临操作复杂、灵敏度不足等瓶颈。如何建立高敏、特异的microRNA监测体系，成为环境毒理学和医学诊断领域的重大挑战。

重庆大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表创新成果，通过巧妙融合半导体材料科学与分子生物学技术，构建了革命性的光电化学（PEC）生物传感器。该研究以环境污染物BPA诱导的microRNA-21为靶标，设计出SrTiO₃/SnO₂异质结光电材料与哑铃DNA双重放大系统，实现了2.1飞摩尔（fM）级的超灵敏检测，为环境暴露相关的表观遗传变化评估提供了全新工具。

研究采用三大关键技术：首先通过高温煅烧法制备SrTiO₃/SnO₂异质结光电材料，利用能带工程提升电荷分离效率；其次设计哑铃DNA介导的靶标循环系统，通过双链特异性核酸酶（DSN）实现microRNA-21的循环利用；最后开发X型聚A-DNA纳米球组装技术，实现信号分子甲基蓝（MB）的高密度负载。

【材料表征】

SEM和XRD分析证实合成的SrTiO₃呈150纳米球形结构，与SnO₂形成异质结后，光电流强度较纯SrTiO₃提升33倍，这归因于二者能带匹配促进的电荷分离。

【信号放大机制】

创新的哑铃DNA系统通过DSN酶切实现靶标循环，每个microRNA-21分子可触发多个输出DNA，进而催化形成三维DNA纳米球。这些纳米球负载大量MB分子，通过"信号开启"模式显著放大检测信号。

【检测性能】

优化后的传感器对microRNA-21的线性检测范围为10 fM-1 nM，检出限达2.1 fM，较传统方法灵敏度提升两个数量级。实际应用中成功监测到BPA暴露导致的microRNA-21表达变化。

该研究突破性地将半导体异质结材料优势与核酸纳米技术相结合，不仅为环境污染物表观遗传效应研究提供高敏工具，更开创了PEC生物传感器设计新思路。其提出的哑铃DNA放大策略可拓展至其他疾病标志物检测，而SrTiO₃/SnO₂异质结设计为高性能光电材料开发指明方向。这项跨学科研究对环境毒理学评估和早期疾病诊断具有双重意义，展现出广阔的临床应用前景。