近期，廣州醫(yī)科大學(xué)牟磊副教授，夏勇教授，莫光權(quán)副教授等在美國化學(xué)學(xué)會納米雜志《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。研究團隊開發(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)計的低功耗電化學(xué)檢測電路相結(jié)合，用于血清生物標志物的即時監(jiān)測。

傳統(tǒng)檢測方法存在成本高、操作復(fù)雜等局限，亟需便攜式高敏生物傳感平臺。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，團隊長期聚焦于臨床檢驗新技術(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，已針對各種實際臨床應(yīng)用場景，設(shè)計低樣本消耗量、重復(fù)性高的絲網(wǎng)印刷電極，通過對電極表面進行納米修飾，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)院大平臺檢測的復(fù)雜流程簡化，在多病毒抗原、無創(chuàng)汗液多模態(tài)檢測設(shè)備中已取得一系列突破性進展（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)

在最新這項工作中，團隊提出了一種新型集成式便攜式電化學(xué)傳感器（ip-ECS），該項研究首次系統(tǒng)的優(yōu)化了新型材料Au和Mxene共修飾的策略，實現(xiàn)Mxene和AuNPs的多催化位點改性電極，進一步配備定制的低功耗電子系統(tǒng)，用于無線、實時的生物標志物檢測，可實現(xiàn)對UA（尿酸）、DA（多巴胺）、Cys C（胱抑素C）的超靈敏檢測。該系統(tǒng)能夠同時檢測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、較低的相對標準偏差和良好的長期穩(wěn)定性，在儲存14天后仍保留了大部分電流響應(yīng)。該系統(tǒng)成功應(yīng)用于真實血清樣本檢測，與臨床上使用的生化分析儀檢測結(jié)果具有很強的相關(guān)性，證實了其在臨床應(yīng)用上的可靠性和準確性。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的性能表征和真實血清樣本檢測。(A) PCB系統(tǒng)框圖。(B) PCB實物圖。(C) ip-ECS和CHI650分別檢測的200μM和1000μM UA的DPV曲線比較。(D) ip-ECS和CHI650分別檢測200μM和1000μM UA的峰電流對比。(E)全自動生化分析系統(tǒng)和ip-ECS的檢測過程。(F)自動生化系統(tǒng)和ip-ECS檢測到36份血清樣品中UA測量值的對比。(G)全自動生化分析系統(tǒng)（y軸）和ip-ECS（x軸）測量的UA濃度的對比。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)自動生化系統(tǒng)之間具有高度一致性。

為了進一步評估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Cys C以預(yù)測妊娠糖尿病（GDM）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，在我國孕婦的發(fā)病率約10%-20%，且近年研究顯示明顯上升趨勢。但傳統(tǒng)檢測方法（生化分析儀、HPLC等）具有設(shè)備占地面積大、成本高等缺點，迫切需要便攜式、經(jīng)濟高效的生物傳感平臺。ip-ECS能夠以高選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性檢測Cys C。值得注意的是，該傳感器對常見電活性物質(zhì)和人體血清中蛋白質(zhì)的特異性檢測能力很強，這確保了其在復(fù)雜血清樣品中的高穩(wěn)定檢測。通過在67個孕婦血清樣品中檢測并與傳統(tǒng)酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）進行比較，相關(guān)系數(shù)p=0.995表明檢測結(jié)果高度相關(guān)，進一步驗證了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早期檢測和風(fēng)險評估的可靠工具的潛力。這項工作彌合了納米材料創(chuàng)新和實際臨床應(yīng)用之間的差距，為下一代POCT和可穿戴診斷提供了一個多功能平臺。此外，這些創(chuàng)新將ip-ECS定位為去中心化醫(yī)療保健和個性化醫(yī)療的變革性工具。

圖. ip-ECS在孕婦血清Cys C檢測中的應(yīng)用。(A)根據(jù)血清Cys C水平預(yù)測孕婦GDM風(fēng)險的過程(i)，以及Cys C電化學(xué)檢測的工作原理(ii)。(B)檢測不同濃度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的校準曲線范圍為50 ng/mL至5000 ng/mL。(D) ip-ECS檢測Cys C和常見血清蛋白干擾物的選擇性。(E) ip-ECS在30天儲存期內(nèi)檢測Cys C的穩(wěn)定性。(F) LIA（x軸）和ip-ECS（y軸）測量的Cys C濃度對比。(G)通過ip-ECS檢測的健康孕婦和患有GDM孕婦血清中Cys C濃度的對比。

審核編輯 黃宇