《Sensors and Actuators Reports》：Graphene Quantum Dot–Guided Growth of Dendritic Gold Nanostructures for Ultrasensitive Electrochemical Detection of miRNA-9 Using a DNA Capture Probe in Spiked Human Serum
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本文报道了一种基于石墨烯量子点(GQD)引导合成的蕨叶状金纳米结构(FLGNs)的无表面活性剂电化学生物传感器，用于超灵敏检测非小细胞肺癌(NSCLC)相关生物标志物miRNA-9。该传感器在加标人血清中实现了0.01 fM的检测限和100 aM-1 nM的线性范围，为肺癌早期诊断提供了新平台。
在肺癌诊疗领域，特别是非小细胞肺癌(NSCLC)的早期诊断始终是临床面临的重大挑战。微小RNA(miRNA)作为重要的基因表达调控因子，其异常表达与肿瘤发生发展密切相关。其中，miRNA-9已被证实是NSCLC的潜在致癌驱动因子，其表达水平与肿瘤增殖、迁移和上皮-间质转化(EMT)过程显著相关。然而，传统检测方法如酶联免疫吸附试验(ELISA)和聚合酶链式反应(PCR)虽具有较高灵敏度，但存在操作复杂、耗时长、成本高等局限性，难以满足即时检测(POCT)需求。
为此，来自Tarbiat Modares大学的研究团队在《Sensors and Actuators Reports》发表创新性研究成果，开发了一种基于石墨烯量子点(GQD)引导生长的蕨叶状金纳米结构(FLGNs)的超灵敏电化学生物传感器。该研究突破传统形貌控制方法，首次利用GQDs的双重功能（络合剂和软模板）实现了无表面活性剂条件下金纳米结构的可控生长，为癌症标志物检测提供了新技术平台。
研究采用水热法合成GQDs，通过电沉积技术在氟掺杂氧化锡(FTO)电极上制备FLGNs。利用光谱学和显微技术表征材料特性，通过电化学方法评估传感器性能，并在加标人血清中验证实际应用能力。关键技术创新点在于GQDs通过表面含氧官能团与Au3+配位，调控成核动力学和晶体生长方向，形成具有高比表面积和优异电子传输性能的树枝状结构。
3.1 GQDs的形貌与结构
透射电子显微镜(TEM)显示GQDs粒径分布均匀（6-10 nm）。紫外-可见光谱在242 nm和298 nm处特征吸收峰分别对应芳香环π-π跃迁和C=O基团n-π跃迁。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实表面存在羟基、羧基等官能团。
3.2 GQDs引导枝晶状金纳米结构形成的机理
对比实验表明，GQDs通过协调Au3+离子和调控结晶取向双重机制，诱导形成分级分支结构。zeta电位测量显示GQDs与Au3+复合后电位从-23.3 mV变为-13 mV，证实表面电荷中和与配位作用。
3.3 FLGNs基电极的电化学表征和表面积评估
循环伏安法(CV)显示FLGNs电极峰峰分离值(0.17 V)比裸FTO电极(0.22 V)降低22.7%。电化学阻抗谱(EIS)表明电荷转移电阻(RCT)从82.96 Ω降至6.03 Ω。电化学活性表面积(ECSA)计算显示FLGNs电极(2.85 cm2)比球形金纳米颗粒电极(1.60 cm2)提高78%。
3.4 生物传感器的构建与电化学监测
差分脉冲伏安法(DPV)跟踪生物传感器构建各阶段：探针固定使电流从129.05 μA降至91.49 μA，β-巯基乙醇(βME)封闭后降至82.17 μA，miRNA-9杂交后进一步降至48.60 μA。EIS显示各步骤RCT递增，证实界面修饰成功。
3.5 生物传感器的分析性能
传感器在100 aM-1 nM范围内呈良好线性，检测限达0.01 fM。校准曲线方程为ΔIp(μA) = 6.251 log(CmiRNA-9(aM)) + 5.481 (R2=0.9846)。与同类传感器相比，线性范围和灵敏度具显著优势。
3.6 生物传感器的选择性
对100 fM miRNA-9的响应显著高于非互补序列(miRNA-486和miRNA-21)，电流变化相对标准偏差(RSD)<5%，证明良好特异性。
3.7 实际样品识别
在50倍稀释人血清中检测100 fM和100 pM miRNA-9，DP响应与缓冲液中一致，RSD<5%，表明抗基质干扰能力强。
该研究通过GQDs介导的绿色合成策略，成功开发出高性能miRNA-9电化学传感器。FLGNs的特殊形貌提供高比表面积和高效电子传输路径，结合杂交检测的特异性，实现了对肺癌标志物的超灵敏检测。这项技术为无表面活性剂纳米材料合成和癌症早期诊断提供了新思路，具有重要临床转化价值。
