近期，廣州醫科大學牟磊副教授，夏勇教授，莫光權副教授等在美國化學學會納米雜志《ACS Nano》上合作發表題為“A Gold Nanoparticles and MXene Nanocomposite Based Electrochemical Sensor for Point-of-Care Monitoring of Serum Biomarkers”的研究論文。研究團隊開發了一種集成的便攜式電化學傳感器（ip-ECS），它將金納米顆粒（AuNP）和MXene修飾的絲網印刷電極（SPE）與自主設計的低功耗電化學檢測電路相結合，用于血清生物標志物的即時監測。

傳統檢測方法存在成本高、操作復雜等局限，亟需便攜式高敏生物傳感平臺。電化學傳感是有力替代手段，其中便攜式微電化學工作站與絲網印刷電極結合備受關注。近年來，團隊長期聚焦于臨床檢驗新技術與新方法研究，開發了一系列POCT和穿戴生物傳感器。目前，已針對各種實際臨床應用場景，設計低樣本消耗量、重復性高的絲網印刷電極，通過對電極表面進行納米修飾，結合微流控芯片和微型電化學工作站，將以往需要在醫院大平臺檢測的復雜流程簡化，在多病毒抗原、無創汗液多模態檢測設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）。

研究的主要內容

圖.基于微電極的POCT和可穿戴傳感器開發

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傳感器（ip-ECS），該項研究首次系統的優化了新型材料Au和Mxene共修飾的策略，實現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，用于無線、實時的生物標志物檢測，可實現對UA（尿酸）、DA（多巴胺）、Cys C（胱抑素C）的超靈敏檢測。該系統能夠同時檢測UA和DA，為POCT和居家健康管理系統提供了一種很有前途的方法。ip-ECS表現出優異的檢測性能，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，該傳感器表現出優異的可重復性、較低的相對標準偏差和良好的長期穩定性，在儲存14天后仍保留了大部分電流響應。該系統成功應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果具有很強的相關性，證實了其在臨床應用上的可靠性和準確性。此外，該印刷電極的低生產成本（0.25$）和可使用性使其成為傳統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和ip-ECS的檢測過程。(F)自動生化系統和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（y軸）和ip-ECS（x軸）測量的UA濃度的對比。根據Pearson相關系數（ρ = 0.995）確定相關性，表明ip-ECS與常規自動生化系統之間具有高度一致性。

為了進一步評估ip-ECS的臨床適用性，我們成功開發并證明了ip-ECS快速靈敏檢測Cys C以預測妊娠糖尿病（GDM）的可行性。GDM疾病多發人群為高齡孕婦（>35歲）、超重/肥胖孕婦，在我國孕婦的發病率約10%-20%，且近年研究顯示明顯上升趨勢。但傳統檢測方法（生化分析儀、HPLC等）具有設備占地面積大、成本高等缺點，迫切需要便攜式、經濟高效的生物傳感平臺。ip-ECS能夠以高選擇性、穩定性和重現性檢測Cys C。值得注意的是，該傳感器對常見電活性物質和人體血清中蛋白質的特異性檢測能力很強，這確保了其在復雜血清樣品中的高穩定檢測。通過在67個孕婦血清樣品中檢測并與傳統酶聯免疫吸附法（ELISA）進行比較，相關系數p=0.995表明檢測結果高度相關，進一步驗證了ip-ECS在臨床診斷中的應用，證明了極好的相關性。此外，該傳感器已成功用于區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，這些結果突出了ip-ECS作為GDM早期檢測和風險評估的可靠工具的潛力。這項工作彌合了納米材料創新和實際臨床應用之間的差距，為下一代POCT和可穿戴診斷提供了一個多功能平臺。此外，這些創新將ip-ECS定位為去中心化醫療保健和個性化醫療的變革性工具。

圖. ip-ECS在孕婦血清Cys C檢測中的應用。(A)根據血清Cys C水平預測孕婦GDM風險的過程(i)，以及Cys C電化學檢測的工作原理(ii)。(B)檢測不同濃度Cys C的電化學響應（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天儲存期內檢測Cys C的穩定性。(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