Грамматический словарь Зализняка (склонения слова):
Сестрёнка, сестрёнки, сестрёнки, сестрёнок, сестрёнке, сестрёнкам, сестрёнку, сестрёнок, сестрёнкой, сестрёнкою, сестрёнками, сестрёнке, сестрёнках
-и, род. мн. -нок, дат. -нкам, ж. разг.
1. уничиж. и ласк. к
сестра (в 1 знач.).
2.
Маленькая сестра.
Если маленькая сестренка еще не спала, --- я подходил к ней, и мы тихо ласкали друг друга. Короленко, В дурном обществе.
[Петя] разрушил четырехэтажную башню, возведенную сестренкой из игральных карт. М. Горький, Свадьба.
СЕСТРЁНКА, и, ж.
1. Малолетняя сестра (в 1 знач.) (разг.), а также вообще сестра (в 1 знач.) (прост.).
2. Фамильярное и дружеское обращение нестарого мужчины к нестарой женщине (прост.).