Ultrasound-enhanced catalytic hairpin assembly capable of ultrasensitive microRNA biosensing for the early screening of Alzheimer's disease

一、文献基础信息

· 标题：Ultrasound-enhanced catalytic hairpin assembly capable of ultrasensitive microRNA biosensing for the early screening of Alzheimer's disease

· 期刊：Biosensors and Bioelectronics（传感器一区 TOP）

· DOI：10.1016/j.bios.2023.115746

· 原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566323006887

· 发表时间：2023-10

· 作者：Yong Luo, Jingyu Chen, Jiahui Liang, Yizhen Liu, Conghui Liu, Yibiao Liu, Tailin Xu, Xueji Zhang

· 通讯作者：Conghui Liu、Yibiao Liu、Tailin Xu、Xueji Zhang

二、文献核心主要内容

研究背景

微小 RNA（miRNA）是阿尔茨海默病（AD）早期筛查重要体液标志物。催化发夹组装（CHA）是无酶等温核酸信号放大技术，广泛用于 miRNA 检测；但传统液相 CHA 反应分子扩散受限，反应动力学慢、检测灵敏度受限。超声物理场可以扰动液相、加速分子传质。本文将超声增强效应与固相载体 CHA 结合，使用羧基聚苯乙烯微球作为固相载体固定发夹 DNA 探针，构建超声增强型 CHA 生物传感平台，实现 AD 相关 miRNA 超灵敏检测，面向阿尔茨海默病早期血液筛查。

传感平台构建

1. 固相载体：采用西安瑞禧生物羧基修饰聚苯乙烯微球（Polystyrene (PS) microspheres with carboxyl modification）；利用 EDC-NHS 活化微球表面-COOH，共价偶联氨基修饰的 H1 发夹探针，将核酸探针固载在微球表面；

2. 体系组分：固载 H1 探针的 PS 微球、游离 H2 发夹探针；靶标 AD-miRNA 触发 CHA 循环组装；

3. 超声场干预：引入适宜功率超声，扰动液相环境，加速靶标 miRNA、H2 探针向微球固相界面扩散，加快 CHA 杂交组装动力学，放大荧光信号输出。

关键实验结果

1. 超声增强 CHA 动力学：相比于无超声的传统固相 CHA，超声处理显著加快杂交反应速率，缩短孵育时间，降低背景信号；

2. 分析性能：该传感平台对阿尔茨海默病相关 miRNA 实现超灵敏检测，检测限达飞摩尔级别；具备良好特异性，可以区分单碱基错配 miRNA；

3. 复杂基质耐受性：在血清模拟复杂生物样本中依然保持稳定检测性能，抗干扰能力强；

4. 样本验证：对模拟临床血清样本检测，证明该策略具备用于阿尔茨海默病早期体液筛查的潜力。

研究结论

利用羧基 PS 微球作为固相载体固定发夹探针，借助超声物理场传质强化，开发超声增强催化发夹组装生物传感器，克服传统 CHA 反应动力学慢的短板，实现 AD 相关 miRNA 的快速、超灵敏检测，为阿尔茨海默病的早期体液筛查提供新型无酶核酸传感方案。

研究意义

1. 将物理超声场引入等温核酸放大传感，为提升 CHA 类生物传感器反应效率提供新思路；

2. 证实羧基修饰聚苯乙烯微球是固相核酸探针固定的理想固相载体；

3. 面向阿尔茨海默病早期无创体液筛查，为 miRNA 生物标志物 POCT 检测提供技术原型。

三、实验关键材料：西安瑞禧生物 Polystyrene (PS) microspheres with carboxyl modification（羧基修饰聚苯乙烯微球）

表格

在本文中的功能

1. 固相反应载体：作为固相基底，EDC-NHS 活化表面羧基，共价固定氨基修饰 H1 催化发夹 DNA 探针，构建固相 CHA 反应界面；

2. 液相-固相分离：微球可通过简单离心实现固-液分离，便于洗涤去除未结合游离探针，降低检测背景噪声，提升信噪比；

3. 适配超声场体系：PS 微球理化性质稳定，超声条件下不会发生明显破碎、团聚，能够承受超声扰动，适配超声增强传感体系。

拓展应用

羧基 PS 微球广泛用于生物传感：固定 DNA / 蛋白 / 抗体；免疫凝集实验；固相核酸放大反应；液相-固相分离；微球流式检测等。