金纳米粒子辅助的多谐波与多变量QCM传感技术用于检测miRNA-21

《IEEE Sensors Journal》：Gold Nanoparticle-Assisted Multiharmonic and Multivariate QCM Sensing of miRNA-21

　　

摘要：

MicroRNA-21（miRNA-21）是癌症、心血管疾病和炎症性疾病的重要生物标志物。传统的检测方法基于实验室操作，耗时较长，且不适合用于即时检测（point-of-care）应用。石英晶体微天平（QCM）传感器能够实现无标记、实时的检测，但传统的单频分析方法限制了检测灵敏度，并低估了物质的粘弹性效应。本文提出了一种多谐波和多变量QCM检测方法，结合金纳米颗粒（AuNP）辅助的夹心检测技术来增强miRNA的检测能力。通过物理信息驱动的特征选择和优化策略，分析了多种共振模式下的频率、振幅和相位特征，以确定最具区分性的参数。该方法在miRNA-21的检测中得到了实验验证：多变量多模态分析将检测限从约10 nM（单频检测）降低到了100 pM；AuNP介导的放大作用进一步提高了信号强度，最终检测限降至1 pM，实现了两个数量级的提升。使用非目标miRNA（miRNA-145和miRNA-9）进行的特异性检测显示交叉反应极低。这些结果表明，将多谐波信号分析与基于纳米颗粒的放大技术相结合，显著提高了QCM检测miRNA的灵敏度和选择性，为其在癌症及其他病理学中的敏感生物标志物监测应用提供了有力支持。

引言

微小RNA（miRNAs）是长度约为18–25个核苷酸的短链非编码核酸[1]、[2]、[3]、[4]。它们的主要功能是通过结合目标信使RNA（mRNAs）的非翻译区来调节基因表达，从而控制蛋白质的合成。近年来，miRNAs已成为多种疾病的重要生物标志物，包括癌症[5]、[6]，并可作为诊断、预后和预测指标[7]、[8]、[9]。