基于元素标记与催化发夹组装（CHA）放大策略的三重信号miRNA检测：通用生物传感平台开发及其在超灵敏诊断中的应用

本文开发了一种基于元素标记（Y-UCNPs）与催化发夹组装（CHA）放大策略的通用生物传感器平台，实现了通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和荧光光谱对microRNA（miRNA）进行三重信号检测。该方法利用上转换纳米颗粒（UCNPs）中的钇（Y）元素作为稀土金属标记信号载体，结合级联CHA反应实现目标循环放大，在单颗粒ICP-MS（SP-ICP-MS）模式下检测限低至0.12 fM，为临床miRNA检测提供了高灵敏度、高特异性的双模式交叉验证技术方案。

　　

Introduction:

MicroRNA是一类内源性非编码RNA（18–24个核苷酸），调控关键生物学过程，包括细胞增殖、分化和死亡，且与神经退行性疾病、免疫功能障碍和癌症密切相关。例如，miRNA-21在多种癌细胞中显著上调，包括乳腺癌细胞、B淋巴瘤细胞、胶质母细胞瘤细胞、肝细胞癌细胞和卵巢癌细胞。

MBs Functionalized by DNA-H1:

MBs-H1通过酰胺反应制备。首先，将氨基（-NH₂）功能化的DNA-H1在95°C孵育五分钟，随后冷却至室温以形成特定结构。然后，将1 mL MBs（1 mg/mL）用MES缓冲液（100 mM, pH = 5）洗涤三次，并重新分散于1 mL MES缓冲液中。MBs-COOH通过EDC（二氯乙烷，200μL, 2 mg/mL）和NHS（N-羟基琥珀酰亚胺，200 μL, 2 mg/mL）活化。

Design and Working Principle:

所提出的双模式三重信号检测策略包含三个核心模块：（1）基于催化发夹组装（CHA）的核酸放大；（2）DNA功能化修饰（MBs和UCNPs）；（3）荧光与ICP-MS检测。该概念验证研究使用设计具有双功能位点的发夹探针：一个用于特异性miRNA结合的目标识别区域，和一个用于级联放大的CHA启动区域。 upon target（目标结合后），发夹探针的结构转换启动目标释放，用于后续放大循环，使单个miRNA分子驱动多个CHA反应并生成大量含UCNPs的杂交复合物。

Conclusions:

在本研究中，我们开发了一种基于UCNPs和CHA信号放大的新型miRNA检测系统，通过ICP-MS和荧光光谱的协同使用实现microRNA的双模式检测。该方法具有多个显著优势：（1）UCNPs表现出卓越的光稳定性、可调的纳米级尺寸和简便的合成程序；（2）其成本效益高的制备和易于功能修饰使其适用于多样化检测场景。