单链非编码内源性微小RNA-microRNA（miRNA）在多种生物学过程中发挥重要作用，它影响细胞间通讯、转录后基因调节、细胞命运等生物学过程，其异常表达会导致一些疾病的发生，例如：肿瘤。miRNA在肿瘤的发展、转移和侵袭过程中发挥重要的调节作用，miRNA起到原癌基因或抑癌基因的作用，其表达情况影响病人治疗的效果和生存期，是有潜力的癌症诊断和预后生物标志物。近来，科研工作者发现miRNA通过外泌体等多种途径帮助肿瘤免疫逃逸，抑制肿瘤细胞凋亡，抑制正常的机体免疫应答。研究显示，某些miRNA能够增加放疗、化疗的敏感性，miRNA的异常表达和癌症耐药性之间存在一定联系。miRNA影响疾病的发生和治疗，其检测具有重要意义。但miRNA序列短（18-24nt）、同质性高、丰度低，需要灵敏、特异的检测方法。生物传感器具有灵敏度高、特异性强、检测速度快等优势在医学领域发挥着越来越大的作用。
　　人们可以将miRNA完全互补的探针固定于传感界面以捕获靶标，接着加入信号分子或使用超灵敏换能器便能实现miRNA的检测。由于PNA特殊的结构特点，其用于miRNA检测时的灵敏度和特异性均很高，因此，人们常在上述设计中引入PNA探针，但是由于多数miRNA有二级结构很难设计出完全互补的捕获探针。这一局限性限制了这类方法的广泛使用。为了避免二级结构的影响，我们将核酸分成多个片段。两个或多个寡核苷酸以连续串联的方式与更长的互补单链核酸杂交被称为碱基堆积杂交。受到静电吸引，短程交互排斥，静电作用的影响，这种杂交方式可为核酸杂交提供增强的稳定性和杂交效率。将核酸分成多段进行碱基堆积杂交，选择合适的核酸长度后，我们发现碱基堆积杂交可以达到接近完全互补杂交的效率。
　　生物传感器检测分子的性能与其界面密切相关，界面结构对生物分子的组装、结合和信号转导的热力学和动力学都有重要影响，生物识别界面的设计与结构调控在开发高性能生物传感器中意义重大。纳米结构界面由于其大比表面积，高电子传递效率受到科研工作者的青睐。通过电化学沉积得到的多级金纳米结构界面具有较大的比表面积和分子探针偏转角为核酸分子杂交提供有利的动力学杂交条件。
　　本文协同多级金纳米结构和碱基堆积效应构建了一个通用、灵敏的miRNA生物传感器（base-stacking effect-mediated electrochemical miRNA sensor,Bsee-miR）用于人体血液中循环miRNA的检测。BSee-miR传感器在金界面上自组装的短捕获探针（10nt HS-DNA）可以有效地捕获靶miRNA和碱基堆积探针复合物，形成三段式碱基堆积杂交的三明治结构，其杂交效率接近完全互补杂交。重要的是，这种三明治结构很灵活，可以联合信号放大策略（如：HRP催化）。BSee-miR传感器可以检测到10fM的靶标，检测限低至7.5fM。此外，还发现了多级金纳米结构界面协同碱基堆积杂交效应，可以将BSee-miR的灵敏度提高两个数量级（79.3aM）。BSee-miR对高度同源的miRNA有单碱基分辨能力且能够在复杂基质中实现靶miRNA的检测。更重要的是，这种方法是通用的，可用于检测多种不同序列、不同长度和不同二级结构的RNA。该超灵敏传感器可以进一步检测细胞裂解液和人类血液中的miRNA，并将癌症患者与正常人区分开来，有望成为一种通用的miRNA检测工具以辅助肿瘤诊断。