用于现场即时检测的商业人血清样本中卵巢癌标志物HE4的便携式电化学免疫传感器

为应对卵巢癌早期诊断中缺乏可靠筛查方法的临床难题，研究人员开发了一种基于Ti3C2-COOH/AuNP纳米复合材料修饰的丝网印刷碳电极的便携式无标记电化学免疫传感器，用于快速、高灵敏度地检测人血清中人附睾蛋白4（HE4）水平。该传感器在5–250 pM范围内表现出优异线性，检测限低至0.34 pM，并具有良好的选择性、重复性与稳定性。研究成果为实现卵巢癌的床旁即时检测提供了具有转化潜力的实用化解决方案。

卵巢癌常被称为“无声的杀手”，其早期症状不明显，多数患者确诊时已为晚期，导致死亡率高居女性恶性肿瘤前列。早期发现是改善预后的关键。目前，经美国食品药品监督管理局批准用于卵巢癌检测的生物标志物主要有癌症抗原125（CA125）和人附睾蛋白4（HE4）。其中，HE4在卵巢癌早期（I期）的灵敏度优于CA125，显示出作为早期诊断标志物的巨大潜力。然而，传统的HE4检测方法，如酶联免疫吸附试验，存在操作耗时、成本高、需要专业人员和大型设备等局限，难以满足快速、便捷的临床筛查需求。因此，开发一种可用于床旁即时检测的快速、灵敏、经济的HE4检测平台迫在眉睫。电化学生物传感器以其响应快、灵敏度高、易于小型化和集成化等优势，成为解决这一难题的理想技术路径。

为了解决上述问题，并推动卵巢癌早期诊断技术的发展，研究人员在《ANALYTICAL AND BIOANALYTICAL CHEMISTRY》期刊上发表了一项创新性研究。他们成功构建了一种基于丝网印刷碳电极的便携式、无标记电化学免疫传感器，用于直接、快速检测商业人血清样本中的HE4浓度。该研究不仅探索了新型纳米材料MXene及其功能化衍生物在提升传感器性能方面的作用，还首次实现了在便携式电化学读数器屏幕上直接读取皮摩尔级HE4浓度，整个设备读数时间仅需20-30秒，为真正的床旁即时检测应用铺平了道路。

本研究主要采用了以下几项关键技术方法：首先，利用扫描电镜-能谱、傅里叶变换红外光谱和X射线衍射对制备的Ti₃C₂、Ti₃C₂-COOH、金纳米颗粒等纳米材料及其修饰电极进行表征。其次，采用循环伏安法、差分脉冲伏安法和电化学阻抗谱对电极修饰过程及免疫传感器构建步骤进行电化学表征与优化。核心的免疫传感器性能评估与优化，以及实际样本（商业人血清）检测，均通过便携式电化学读数器结合差分脉冲伏安法完成，并与传统的酶联免疫吸附试验方法进行对比验证。

结果与讨论

形态与化学表征

通过扫描电镜证实了Ti₃C₂-COOH在电极表面呈多层片状结构，金纳米颗粒呈球形分布。能谱分析显示了钛、碳、金等元素的存在，傅里叶变换红外光谱和X射线衍射结果进一步证实了Ti₃C₂-COOH羧基功能团以及金纳米颗粒的成功修饰，表明SPCE/Ti₃C₂-COOH/AuNP电极被成功制备。

Ti₃C₂、Ti₃C₂-COOH和AuNP修饰电极的电化学表征

电化学测试表明，经Ti₃C₂-COOH修饰的电极比仅用Ti₃C₂修饰的电极表现出更高的电导率和更大的电活性表面积。进一步修饰金纳米颗粒后，SPCE/Ti₃C₂-COOH/AuNP电极在所有测试电极中导电性最佳，其电荷转移电阻最低，这归因于MXene片层与金纳米颗粒的协同效应，极大地促进了界面电子转移动力学。优化研究确定了Ti₃C₂-COOH的最佳涂层次数为1层，金纳米颗粒电沉积的最佳条件为使用6 mM氯金酸溶液进行15圈循环伏安扫描。

HE4免疫传感器的电化学表征

在免疫传感器的逐步构建过程中（包括6-巯基己酸自组装单层形成、乙基碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺活化、抗体固定、牛血清白蛋白封闭以及抗原结合），循环伏安和差分脉冲伏安响应电流逐步下降，电化学阻抗谱电荷转移电阻逐步增加，这清晰表明了生物识别层在电极表面的成功构建，且每一步都形成了更厚的绝缘层，阻碍了氧化还原探针的电子转移。与基于Ti₃C₂/AuNP的免疫传感器相比，基于Ti₃C₂-COOH/AuNP的传感器在抗体固定步骤显示了更显著的电信号变化，表明其表面更利于抗体的有效固定，因此后续研究选用SPCE/Ti₃C₂-COOH/AuNP构建免疫传感器。

HE4免疫传感器的优化研究

对免疫传感器构建关键参数进行了系统优化。确定6-巯基己酸的最佳浓度为50 mM，抗HE4抗体的最佳浓度和孵育时间分别为10 nM和45分钟，HE4抗原的最佳孵育时间为30分钟。这些优化条件为获得高性能免疫传感器奠定了基础。

HE4免疫传感器的分析性能

在最优条件下，制备的免疫传感器对HE4的检测表现出卓越的分析性能。其线性检测范围为5至250 pM，检测限低至0.34 pM。传感器显示出良好的重复性（相对标准偏差为3.38%，n=7）和重现性（相对标准偏差为1.22%）。稳定性测试表明，在60天内传感器仍保持响应能力；储存稳定性评估显示，制备好的传感器在4°C下储存24周后仍可使用。选择性实验证明，即使在存在其他卵巢癌生物标志物（如CA125、甲胎蛋白、前梯度蛋白2、叶酸受体α、糖链蛋白、可溶性间皮素相关蛋白）的情况下，该传感器对HE4仍具有高度特异性。实际样本分析中，研究人员使用便携式电化学读数器，在免疫传感器构建完成后（总设置时间约105分钟），仅用20-30秒即可直接在屏幕上读取商业人血清样本中的HE4浓度（单位：pM），结果与酶联免疫吸附试验方法具有良好一致性，验证了该方法的可靠性。

结论

本研究成功开发了一种基于Ti₃C₂-COOH/AuNP纳米复合材料修饰丝网印刷碳电极的新型便携式无标记电化学免疫传感器，用于高灵敏度、高选择性、快速检测人血清中的卵巢癌生物标志物HE4。该传感器综合性能优异，其线性范围宽、检测限低、稳定性好，并首次实现了在便携设备屏幕上直接读取皮摩尔级检测结果。该工作不仅证明了羧基功能化MXene与金纳米颗粒协同修饰可显著提升电极的电化学性能，为高性能生物传感器设计提供了新思路，更重要的是，它将丝网印刷电极与手持式电化学读数器完美结合，为实现卵巢癌的床旁即时检测提供了一项极具应用前景的技术平台。这项研究有望推动低成本、易操作、快速的癌症早期诊断工具从实验室走向临床，对改善卵巢癌患者的预后具有重要的现实意义。