引言

微RNA（miRNA）作为一种潜在的生物标志物，在癌症诊断中具有重要意义。传统的miRNA检测方法在灵敏度和特异性方面存在局限性，而电化学分析法因其高灵敏度和低成本逐渐受到关注。本文将介绍一种新型自供电生物传感器，它通过级联放大策略实现了对miRNA的超灵敏检测，为快速疾病标志物监测提供了新的路径。这项研究由西安交通大学和信阳师范学院的研究团队共同完成，并发表在《Biosensors and Bioelectronics》上。

自供电生物传感器的工作原理

1. 材料合成与结构设计

研究团队采用简单的模板法制备了立方体结构的MnS@MoS₂复合材料。这种材料不仅提高了酶载量，还加速了电子传输，增强了检测效果。MnS@MoS₂/AuNPs复合材料通过Au-S键固定在碳纸电极表面，形成生物阳极和生物阴极。扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）和X射线光电子能谱（XPS）等表征手段验证了材料的成功制备及其独特的物理化学性质。

2. 级联生物信号放大策略

该传感器采用了催化发夹自组装（CHA）和杂交链反应（HCR）两种级联生物信号放大策略。当目标miRNA-199a存在时，首先与H1的趾端域杂交，导致发夹打开并引发链置换反应。随后，H2与H1结合形成H1-H2复合物，取代目标miRNA-199a，促进CHA产物的快速生成。进一步地，在H3和H4的存在下，触发HCR反应，生成负载葡萄糖氧化酶（GOD）的长双螺旋DNA链。这些GOD分子催化葡萄糖氧化，释放电子，最终产生显著增强的电流信号。

3. 实验装置与检测过程

生物阴极和生物阳极通过电解液溶液形成完整的电极电路。在实验中，样本被滴加到芯片的工作电极区域，智能手机通过蓝牙接收实时电流信号，实现了便携式、实时检测。实验结果表明，传感器在0.5 fmol/L至100 pmol/L的浓度范围内表现出良好的线性响应，检测限（LOD）低至0.14 fmol/L。

图表与数据分析

为了更直观地展示实验结果，研究团队使用了多种图表进行辅助说明。例如，图3展示了不同修饰电极的循环伏安（CV）曲线和线性扫描伏安（LSV）曲线，验证了传感器的选择性和特异性。此外，通过测量不同浓度miRNA-199a的瞬态电流，研究团队建立了目标浓度与瞬态电流之间的线性关系，进一步证明了传感器的高灵敏度和准确性。

应用前景与挑战

1. 实际应用中的表现

该自供电生物传感器在人血清样本中的检测结果表明，其具有良好的选择性、稳定性和重复性。具体来说，传感器对干扰miRNA和碱基错配链的响应较低，显示出优异的选择性；在4°C条件下储存12天后，瞬态电流信号仍保持在初始值的90%以上，证明了其稳定性；六次独立实验的相对标准偏差（RSD）小于6%，体现了良好的重复性。

2. 未来发展方向

尽管该传感器在实验室环境中表现出色，但在复杂样品中的长期稳定性和耐用性仍需进一步验证。未来的研究将集中在实际样品测试中确认稳定性和重复性，并研究长期性能以确保可靠性。此外，研究团队还将致力于优化传感器的设计，提高其在临床诊断和生物分析中的应用价值。

结论

综上所述，这项研究开发了一种基于MnS@MoS₂复合材料的自供电生物传感器，通过级联生物信号放大策略实现了对miRNA-199a的超灵敏检测。该传感器不仅具有高灵敏度、宽检测范围和强选择性，还能通过蓝牙将信号传输到智能手机，方便临床诊断。然而，其在复杂样品中的长期稳定性和耐用性仍需进一步验证。未来的工作将聚焦于实际样品测试和长期性能研究，以确保传感器的可靠性和广泛应用。

 参考文献

[1] Xu, J., Luo, X., Chen, H., Guo, B., Jia, L., Wang, F. (2025). A self-powered biosensor with cascade amplification capability facilitates ultra-sensitive detection of microRNA biomarkers. Biosensors and Bioelectronics, 275, 117233.

Fig. 1. （A）级联生物策略，（B）生物电极的构建过程，（C）自供电生物传感器的制备，（D）便携式检测设备。

Fig. 2. （A 和 B）MnCO₃ 的扫描电子显微镜（SEM）图像，（C）MnS@MoS₂ 的 SEM 示意图，（D - F）MnS@MoS₂/AuNPs 的 SEM 图像。（G）MnS@MoS₂ 的 X 射线衍射（XRD）衍射光谱，（H）MnS@MoS₂ 的拉曼光谱，以及（I - L）MnS@MoS₂ 的 X 射线光电子能谱（XPS）光谱。