近期，廣州醫(yī)科大學(xué)牟磊副教授，夏勇教授，莫光權(quán)副教授等在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)納米雜志《ACS Nano》上合作發(fā)表題為“A Gold Nanoparticles and MXene Nanocomposite Based Electrochemical Sensor for Point-of-Care Monitoring of Serum Biomarkers”的研究論文。研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種集成的便攜式電化學(xué)傳感器（ip-ECS），它將金納米顆粒（AuNP）和MXene修飾的絲網(wǎng)印刷電極（SPE）與自主設(shè)計(jì)的低功耗電化學(xué)檢測(cè)電路相結(jié)合，用于血清生物標(biāo)志物的即時(shí)監(jiān)測(cè)。

傳統(tǒng)檢測(cè)方法存在成本高、操作復(fù)雜等局限，亟需便攜式高敏生物傳感平臺(tái)。電化學(xué)傳感是有力替代手段，其中便攜式微電化學(xué)工作站與絲網(wǎng)印刷電極結(jié)合備受關(guān)注。近年來，團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期聚焦于臨床檢驗(yàn)新技術(shù)與新方法研究，開發(fā)了一系列POCT和穿戴生物傳感器。目前，已針對(duì)各種實(shí)際臨床應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)低樣本消耗量、重復(fù)性高的絲網(wǎng)印刷電極，通過對(duì)電極表面進(jìn)行納米修飾，結(jié)合微流控芯片和微型電化學(xué)工作站，將以往需要在醫(yī)院大平臺(tái)檢測(cè)的復(fù)雜流程簡(jiǎn)化，在多病毒抗原、無(wú)創(chuàng)汗液多模態(tài)檢測(cè)設(shè)備中已取得一系列突破性進(jìn)展（Bioelectrochemistry 2025, 163, 108907; Chem. Eng. J. 2025, 505, 159209; J. Mater. Chem. B, 2025,13, 3906-3917; Microchem. J. 2024, 207, 112064; Biosens. Bioelectron. 2022, 197, 113765; Anal. Chem. 2022, 94 (5), 2510-2516; ACS Nano, 2021, 15 (8), 13077-13084）。

研究的主要內(nèi)容

圖.基于微電極的POCT和可穿戴傳感器開發(fā)

在最新這項(xiàng)工作中，團(tuán)隊(duì)提出了一種新型集成式便攜式電化學(xué)傳感器（ip-ECS），該項(xiàng)研究首次系統(tǒng)的優(yōu)化了新型材料Au和Mxene共修飾的策略，實(shí)現(xiàn)Mxene和AuNPs的多催化位點(diǎn)改性電極，進(jìn)一步配備定制的低功耗電子系統(tǒng)，用于無(wú)線、實(shí)時(shí)的生物標(biāo)志物檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)UA（尿酸）、DA（多巴胺）、Cys C（胱抑素C）的超靈敏檢測(cè)。該系統(tǒng)能夠同時(shí)檢測(cè)UA和DA，為POCT和居家健康管理系統(tǒng)提供了一種很有前途的方法。ip-ECS表現(xiàn)出優(yōu)異的檢測(cè)性能，包括高靈敏度（UA為118.280nA/μM，DA為52.975nA/μM）、LOD（UA為1.12 μM，DA為1.11 μM）和在常見血清干擾物存在下具有較強(qiáng)的抗干擾能力，該傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的可重復(fù)性、較低的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差和良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，在儲(chǔ)存14天后仍保留了大部分電流響應(yīng)。該系統(tǒng)成功應(yīng)用于真實(shí)血清樣本檢測(cè)，與臨床上使用的生化分析儀檢測(cè)結(jié)果具有很強(qiáng)的相關(guān)性，證實(shí)了其在臨床應(yīng)用上的可靠性和準(zhǔn)確性。此外，該印刷電極的低生產(chǎn)成本（0.25$）和可使用性使其成為傳統(tǒng)診斷方法的有力替代方案。

圖. ip-ECS的性能表征和真實(shí)血清樣本檢測(cè)。(A) PCB系統(tǒng)框圖。(B) PCB實(shí)物圖。(C) ip-ECS和CHI650分別檢測(cè)的200μM和1000μM UA的DPV曲線比較。(D) ip-ECS和CHI650分別檢測(cè)200μM和1000μM UA的峰電流對(duì)比。(E)全自動(dòng)生化分析系統(tǒng)和ip-ECS的檢測(cè)過程。(F)自動(dòng)生化系統(tǒng)和ip-ECS檢測(cè)到36份血清樣品中UA測(cè)量值的對(duì)比。(G)全自動(dòng)生化分析系統(tǒng)（y軸）和ip-ECS（x軸）測(cè)量的UA濃度的對(duì)比。根據(jù)Pearson相關(guān)系數(shù)（ρ = 0.995）確定相關(guān)性，表明ip-ECS與常規(guī)自動(dòng)生化系統(tǒng)之間具有高度一致性。

為了進(jìn)一步評(píng)估ip-ECS的臨床適用性，我們成功開發(fā)并證明了ip-ECS快速靈敏檢測(cè)Cys C以預(yù)測(cè)妊娠糖尿?。℅DM）的可行性。GDM疾病多發(fā)人群為高齡孕婦（>35歲）、超重/肥胖孕婦，在我國(guó)孕婦的發(fā)病率約10%-20%，且近年研究顯示明顯上升趨勢(shì)。但傳統(tǒng)檢測(cè)方法（生化分析儀、HPLC等）具有設(shè)備占地面積大、成本高等缺點(diǎn)，迫切需要便攜式、經(jīng)濟(jì)高效的生物傳感平臺(tái)。ip-ECS能夠以高選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性檢測(cè)Cys C。值得注意的是，該傳感器對(duì)常見電活性物質(zhì)和人體血清中蛋白質(zhì)的特異性檢測(cè)能力很強(qiáng)，這確保了其在復(fù)雜血清樣品中的高穩(wěn)定檢測(cè)。通過在67個(gè)孕婦血清樣品中檢測(cè)并與傳統(tǒng)酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）進(jìn)行比較，相關(guān)系數(shù)p=0.995表明檢測(cè)結(jié)果高度相關(guān)，進(jìn)一步驗(yàn)證了ip-ECS在臨床診斷中的應(yīng)用，證明了極好的相關(guān)性。此外，該傳感器已成功用于區(qū)分健康孕婦和被診斷患有GDM的孕婦，后者的血清Cys C水平顯著升高，這些結(jié)果突出了ip-ECS作為GDM早期檢測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的可靠工具的潛力。這項(xiàng)工作彌合了納米材料創(chuàng)新和實(shí)際臨床應(yīng)用之間的差距，為下一代POCT和可穿戴診斷提供了一個(gè)多功能平臺(tái)。此外，這些創(chuàng)新將ip-ECS定位為去中心化醫(yī)療保健和個(gè)性化醫(yī)療的變革性工具。

圖. ip-ECS在孕婦血清Cys C檢測(cè)中的應(yīng)用。(A)根據(jù)血清Cys C水平預(yù)測(cè)孕婦GDM風(fēng)險(xiǎn)的過程(i)，以及Cys C電化學(xué)檢測(cè)的工作原理(ii)。(B)檢測(cè)不同濃度Cys C的電化學(xué)響應(yīng)（從后往前：50 ng/mL、100 ng/mL、200 ng/mL、500 ng/mL、700 ng/mL、1000 ng/mL、2500 ng/mL和5000 ng/mL）。(C) Cys C的校準(zhǔn)曲線范圍為50 ng/mL至5000 ng/mL。(D) ip-ECS檢測(cè)Cys C和常見血清蛋白干擾物的選擇性。(E) ip-ECS在30天儲(chǔ)存期內(nèi)檢測(cè)Cys C的穩(wěn)定性。(F) LIA（x軸）和ip-ECS（y軸）測(cè)量的Cys C濃度對(duì)比。(G)通過ip-ECS檢測(cè)的健康孕婦和患有GDM孕婦血清中Cys C濃度的對(duì)比。

審核編輯 黃宇