可扩展旋涂法制备介孔金薄膜用于超灵敏miRNA检测

《Advanced Science》：A Scalable Spin-Coating Strategy for Mesoporous Gold Thin Films toward miRNA Detection

介孔金（mesoporous gold，mAu）薄膜因其电活性表面积、导电性和生物相容性，在生物传感和电化学传感方面具有应用前景。然而，传统的制备方法（包括电沉积和模板法）通常需要针对特定基底进行处理，且难以规模化，限制了mAu薄膜在实用传感平台中的更广泛集成。在此，研究人员报告了一种可规模化的旋涂方法，可在透明基底上制备厚度可调、介孔框架均匀的mAu薄膜。电化学分析表明，增加涂覆周期（coating cycles，CC）会逐步增大电化学活性表面积并降低界面电荷转移电阻，从而使微分脉冲伏安（differential-pulse voltammetry，DPV）信号相应升高，这与促进高效氧化还原通道和待测物吸附的介孔结构一致。为展示生物传感能力，研究人员开发了一种针对卵巢癌相关微RNA（microRNA，miRNA）hsa-miR-200c-3p（作为模型靶标）的无标记电化学检测方法。该传感器在1 aM至10 pM浓度范围内呈单调响应，线性校准（R² = 0.9831），检测限（limit of detection，LOD）为1.72 aM，定量限（limit of quantification，LOQ）为2.98 aM，且无需扩增。本研究确立了旋涂法作为制备介孔Au电极的一种可规模化途径，用于超灵敏核酸生物传感。通过将介孔金属的制备与基底导电性解耦，该方法能够在透明、柔性、绝缘基底上实现高表面积电极，并扩展至RNA生物标志物检测，用于小型化即时诊断设备；但均匀性和长期稳定性仍是挑战。

介孔贵金属薄膜因其高导电性、化学稳定性和可加工性，在生物传感和电化学传感领域具有广阔前景。传统制备方法如电沉积和模板法往往依赖导电基底并难以规模化，限制了介孔金（mAu）薄膜在实用器件中的集成。本研究旨在开发一种可规模化、基底无关的旋涂法制备mAu薄膜，并将其用于超灵敏miRNA检测，相关成果发表在《Advanced Science》。

研究人员利用聚苯乙烯-聚环氧乙烷嵌段共聚物（PS_18k-b-PEO_7.5k）在水溶液中自组装形成胶束模板，与金前驱体混合制备mAu墨水，通过旋涂在经氧等离子体处理的ITO玻璃基底上形成薄膜，经退火和四氢呋喃处理去除有机模板，获得具有连续介孔网络和高度结晶框架的mAu电极。该制备方法不依赖导电基底，并可通过增加涂覆周期（CC）调控薄膜厚度。主要表征手段包括场发射扫描电子显微镜（FESEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、X射线衍射（XRD）、电化学方法（CV、DPV、EIS）。本研究未涉及临床样本队列，均使用合成寡核苷酸。

在结果与讨论部分，研究人员系统表征了不同涂覆周期下mAu薄膜的形貌与结构。FESEM显示薄膜呈现连续无裂纹的介孔网络，单次涂覆时平均孔径约17.4 nm、框架宽度约21.6 nm，且随涂覆次数增加框架逐渐增厚（约181 nm/周期）。STEM证实介孔网络从基底连续延伸到膜表面，界面处存在约12 nm的结晶ITO层和约6 nm的氧等离子体诱导无定形层。XRD显示Au以（111）择优取向为主。HR-TEM揭示高度取向的原子排列，沿[001]、[111]和[110]方向的晶面间距分别为4.06、2.34和2.8 ?。

电化学表征表明，随着涂覆周期增加，电化学活性表面积（ECSA）线性增大，电荷转移电阻降低，DPV响应相应增强，表明介孔结构有利于氧化还原物质接近和待测物吸附。研究人员进一步以卵巢癌相关miRNA hsa-miR-200c-3p为模型靶标，构建了基于巯基化ssDNA探针和6-巯基-1-己醇（MCH）修饰的无标记、无扩增电化学传感器。传感原理为探针/靶标杂交后界面电荷转移受阻，并以杂交诱导的绝对吸附（%iRa）为定量读数。通过对比非特异性、乱序和三碱基错配序列，证明传感器具有良好序列选择性。优化后选择1 CC电极和45 min杂交时间，传感器在1 aM至10 pM范围内呈单调响应，线性校准R² = 0.9831，LOD为1.72 aM，LOQ为2.98 aM，重复测量RSD低于10%，且在合成总RNA基质中无明显干扰。

讨论部分指出，较厚mAu膜虽能增大表面积，但会限制探针固定和靶标接近，因此单次涂覆电极是更优选择。长期储存稳定性、再生及批次间重复性尚未评估，未来需结合临床样验证。结论翻译如下：本研究提出了一种在ITO基底上制备介孔金薄膜的新型旋涂方法。该方法实现厚度易调、形貌均匀和可规模化加工。电化学表征表明，电活性表面积和DPV响应随膜厚增加而增强，生物传感研究实现了高灵敏miRNA检测。场发射SEM和截面S/TEM显示连续无裂纹的介孔网络，单次涂覆时孔径约17.4 nm、框架宽约21.6 nm，平均膜厚每周期增加约181 nm。互联框架具有高结晶性，晶面间距分别为4.06、2.34和2.8 ?。电化学上，活性表面积随涂覆次数线性增加，而电荷转移电阻降至约6.4 Ω。本研究将旋涂法确立为制备介孔贵金属的有力替代方案，为生物电子学和诊断学开辟新机会。基于该平台开发的miRNA检测方法无需酶或扩增步骤，约1.5 h内完成，在1 aM至10 pM范围内呈浓度依赖性响应，线性校准R² = 0.9831，LOD和LOQ分别为1.72和2.98 aM。重复测量RSD < 10%，而对照序列响应可忽略，证明高选择性。旋涂mAu平台为灵敏、选择性和快速的电化学核酸检测提供了通用且可规模化的基础，有望扩展至更多RNA生物标志物和微型化诊断设备。