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微电子、材料与生物科学的融合交叉正在极大的推动生物微电子、生物医学等领域的快速发展。将生物传感技术应用于导致人类死亡的重大疾病（如癌症和病毒流行病）的诊疗中，具有重要的意义。尤其，很多疾病在早期阶段得到有效治疗的话不但可以遏制病情，甚至可以痊愈。但是目前临床上使用的诊断技术不足以快速高效的进行疾病的早期诊断，因此迫切需要寻找新型的生物标志物，建立快速、灵敏的早期诊断平台，对快速诊断后的患者进行早期治疗，提高生存率。研究表明RNA分子在调节细胞状态中起到重要的作用，并且多种RNA分子可以作为疾病诊断的标志物。本论文针对医养健康和重大传染性疾病对快速核酸检测技术的重要需求，利用电子、材料、生物、化学等多学科交叉的优势，开发新型生物传感检测技术，实现RNA分子的快速定量检测。
论文中首先利用微纳加工技术设计和制备高通量的微流控芯片，通过与自组装的多聚赖氨酸玻璃衬底相集成，开发了用于乳腺癌相关miRNA特异性检测的微流控荧光芯片。然后利用三段式杂交技术同时检测多种miRNA，其中捕获探针与靶miRNA的一端互补，带有荧光的检测探针与靶miRNA的另一端部分互补，三段式的结构实现了无标记的miRNA检测。在这项工作中，所提出的微流控荧光芯片，不仅可以精确量化样品装载量，而且可以节省材料成本。该芯片还可以同时对多个miRNA进行多重检测，无需扩增，检测限达到1pM，检测时间只需要30min，在乳腺癌的早期诊断中具有重要应用价值。
其次，利用纳米技术和光电检测技术，构建了一种基于Au NPs的比色、荧光和拉曼的三信号生物传感系统，可以在40min内对COVID-19的特异性RNA基因进行快速定量检测。该传感系统的构建融合Au NPs独特的光学特性和优良的拉曼增强特性，以及对单链和双链核酸分子的亲和力不同，可以完成肉眼可见的比色传感，同时，对溶液离心后，上清液中游离的双链核酸分子提供荧光信号的响应，聚集Au NPs提供灵敏的拉曼检测信号，从而成功实现了对病毒RNA的三重信号检测。最后，通过多位点探针在传感系统中的耦合，提高了三信号生物传感系统的检测精度和灵敏度，大大降低了假性信号的产生。该传感系统在三重模式下均实现了飞摩尔级别的检测灵敏度，吸收模式下检测限为160fM，荧光模式下检测限为259fM，SERS模式下检测限为395fM。该工作在新冠肺炎的准确筛查、早期诊断和实时监测等方面具有潜在的应用价值。
最后，对本文的主要研究内容和结果进行了总结和分析，并对未来相关的研究方向进行了展望。
论文中首先利用微纳加工技术设计和制备高通量的微流控芯片，通过与自组装的多聚赖氨酸玻璃衬底相集成，开发了用于乳腺癌相关miRNA特异性检测的微流控荧光芯片。然后利用三段式杂交技术同时检测多种miRNA，其中捕获探针与靶miRNA的一端互补，带有荧光的检测探针与靶miRNA的另一端部分互补，三段式的结构实现了无标记的miRNA检测。在这项工作中，所提出的微流控荧光芯片，不仅可以精确量化样品装载量，而且可以节省材料成本。该芯片还可以同时对多个miRNA进行多重检测，无需扩增，检测限达到1pM，检测时间只需要30min，在乳腺癌的早期诊断中具有重要应用价值。
其次，利用纳米技术和光电检测技术，构建了一种基于Au NPs的比色、荧光和拉曼的三信号生物传感系统，可以在40min内对COVID-19的特异性RNA基因进行快速定量检测。该传感系统的构建融合Au NPs独特的光学特性和优良的拉曼增强特性，以及对单链和双链核酸分子的亲和力不同，可以完成肉眼可见的比色传感，同时，对溶液离心后，上清液中游离的双链核酸分子提供荧光信号的响应，聚集Au NPs提供灵敏的拉曼检测信号，从而成功实现了对病毒RNA的三重信号检测。最后，通过多位点探针在传感系统中的耦合，提高了三信号生物传感系统的检测精度和灵敏度，大大降低了假性信号的产生。该传感系统在三重模式下均实现了飞摩尔级别的检测灵敏度，吸收模式下检测限为160fM，荧光模式下检测限为259fM，SERS模式下检测限为395fM。该工作在新冠肺炎的准确筛查、早期诊断和实时监测等方面具有潜在的应用价值。
最后，对本文的主要研究内容和结果进行了总结和分析，并对未来相关的研究方向进行了展望。