Ag NPs@MXene介导的电化学-SERS双模式微流控阵列用于多重乳腺癌相关miRNAs检测

《Bioelectrochemistry》：Ag NPs@MXene-mediated electrochemical-SERS dual-mode microfluidic array for multiplexed breast cancer-associated miRNAs detection

　　**摘要**- Ag NPs@MXene实现了用于miRNA检测的同步电化学-表面增强拉曼散射（EC-SERS）信号放大。- 法拉第笼型组装体在电极界面富集了亚甲基蓝（MB）标签。- 微流控阵列可并行检测四种与乳腺癌相关的miRNA。- 在10?1?–10?1? M范围内实现了亚飞摩尔（sub-fM）检测限。- 四重miRNA双模式检测面板在血清样本中的ROC曲线下面积（AUC）达到1.000。**引言**乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤之一，其早期发现和动态监测对于改善患者预后至关重要[1,2]。液体活检通过分析血液、血清及其他体液中的肿瘤相关分子信息，为肿瘤筛查、疗效评估和疾病监测提供了一种微创方法[3-5]。微小RNA（miRNAs）是一类长度约为18–25个核苷酸的非编码RNA，可调控靶基因表达[6,7]，并参与肿瘤增殖、侵袭、迁移、上皮-间充质转化及肿瘤微环境重塑等过程[8,9]。既往研究表明，乳腺癌患者与健康个体之间的miRNA表达谱存在显著差异，因此，乳腺癌相关miRNA被认为是液体活检中有前景的生物标志物[10-12]。然而，血清miRNA的准确检测仍面临挑战。一方面，miRNA在血清中的丰度较低，序列较短且序列同源性较高[13,14]；在某些情况下，不同miRNA或不匹配序列之间仅相差一个或几个碱基，这可能导致交叉识别和假阳性信号。另一方面，血清中的蛋白质、脂质、盐分及其他核酸可引起背景波动、非特异性吸附和界面污染，从而损害检测灵敏度、准确性和重复性[15,16]。尽管传统的实时荧光定量PCR（RT-qPCR）[17,18]和测序方法[19]具有较高的灵敏度，但它们通常需要核酸扩增、复杂的预处理和大型仪器，这限制了其在快速检测、芯片集成和多复分析中的应用。此外，乳腺癌的分子异质性使得单一miRNA标志物难以全面反映疾病状态。因此，开发一种兼容复杂血清样本的高灵敏多重复miRNA检测[20,21]平台具有重要意义。然而，正如所报道的，乳腺癌诊断中循环miRNA的绝对血清浓度阈值尚未得到公认，因为其报道水平可能受到样本类型、样本处理、RNA提取、定量和归一化方法的影响[22,23]。电化学检测具有快速、灵敏、成本低廉且易于微型化和集成的特点，适用于核酸标志物的定量分析[24,25]。表面增强拉曼散射（SERS）依赖于分子拉曼指纹峰，具有高特异性、高灵敏度和多复用潜力[26-28]。将电化学检测与SERS相结合，可从同一识别事件中获取两种独立的信号输出，实现相互验证并减少单一读数相关的误差[29-32]，从而提高复杂样本分析的可靠性。亚甲基蓝（MB）具有良好的电化学氧化还原活性和稳定的拉曼特征峰，可作为同步电化学和SERS读数的共用信号标签[33-35]。同步EC-SERS双模式传感平台的一项关键要求是构建兼具导电性、信号标签负载能力和SERS增强能力的功能性界面。MXene作为一种典型的二维导电纳米材料，具有较大的比表面积、良好的导电性和丰富的表面官能团[36,37]，有利于信号分子和核酸探针的负载，并促进界面电子转移[38,39]。Ag纳米颗粒表现出强烈的局域表面等离子体共振，可提供有效的SERS增强位点[40,41]并改善界面电荷转移。因此，Ag NPs@MXene复合纳米材料可作为EC-SERS双模式检测的信号放大载体[42-44]。本文构建了基于Ag NPs@MXene介导的EC-SERS双模式微流控阵列，用于多重复检测乳腺癌相关miRNAs。该平台基于多通道芯片和Au NPs@Au功能电极，其中巯基化捕获探针P1被固定以建立识别界面，P2@MB@Ag NPs@MXene作为信号单元。靶miRNA通过形成捕获单元-miRNA-信号单元三明治结构，介导信号单元组装到电极表面，从而在传感界面富集MB标签和Ag NPs@MXene增强结构，产生放大的差分脉冲伏安法（DPV）电流信号和SERS特征峰。该芯片可并行检测miRNA-21、miRNA-155、miRNA-200c和miRNA-375，并进一步应用于区分乳腺癌患者和健康对照的血清样本，为多重复、可靠的miRNA检测及乳腺癌液体活检提供了一种集成的双模式传感策略。**章节摘要****实验部分**实验试剂、材料、仪器及血清预处理步骤详见补充信息。本研究所使用的所有核酸序列列于表S1和表S2中。**EC-SERS双模式微流控阵列的传感原理**如图1所示，该平台由基于PDMS的多通道芯片、Au NPs@Au捕获界面和P2@MB@Ag NPs@MXene信号单元组成。Au NPs@Au电极用于固定巯基化捕获探针P1并提供电化学传感界面，而Ag NPs@MXene作为二维信号载体，共同负载MB和信号探针P2。基于PDMS的多通道结构实现了样品分配和并行多目标分析。序列特异性...**结论**综上所述，我们开发了一种基于Ag NPs@MXene介导的EC-SERS双模式微流控阵列，用于多重复检测乳腺癌相关miRNAs。该平台集成了Au NPs@Au捕获界面与P2@MB@Ag NPs@MXene信号单元。靶miRNA诱导捕获单元-miRNA-信号单元三明治结构的形成，从而将信号单元招募至电极表面，形成法拉第笼型组装体，将外赫尔姆霍兹面延伸至Ag NPs@MXene表面...**CRediT作者贡献声明****陈晓双：** 论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，数据整理。**李亨吉：** 可视化，资源支持。**安金尧：** 调查研究，形式化分析。**王振华：** 资源支持，数据整理。**李欣燃：** 可视化。**梁彦博：** 数据整理。**韩林：** 资金获取，形式化分析。**张玉：** 论文撰写——审阅与编辑，项目管理，资金获取。**知情同意与患者信息**所有参与者或其法定代理人均已书面同意参与本研究并发表本文。参与者隐私权得到了尊重。**人体与生物材料**本研究包含器官或组织捐献者。本研究包含人体生物材料，并已获得捐献者或其直系亲属或法定代理人同意在本研究中使用并发表本文。本研究中使用的样本并非来源于已执行...**利益冲突声明**作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。**致谢**本工作得到了非传染慢性疾病国家重点研发计划（2023ZD0507700）和国家自然科学基金（批准号62571304）的经费支持。本工作还得到了济南"海优计划"产业领军人才项目和泰山学者计划的资助。感谢山东大学生命与环境科学核心设施的李晓菊、隋海燕和耿雪云在透射电镜（TEM）方面的帮助。感谢王森...陈晓双 | 李亨吉 | 安金尧 | 王振华 | 李欣燃 | 梁彦博 | 韩林 | 张玉