题目：基于金纳米颗粒和 MXene 纳米复合材料的电化学传感器，用于血清生物标志物的即时监测

期刊：ACS Nano

影响因子：15.8

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.5c03194

汇报人：梁珈瑜-2023级硕士

开发了一种基于金纳米颗粒（AuNPs）和MXene纳米复合材料修饰的丝网印刷电极（SPE）的便携式电化学传感器（ip-ECS），用于血清生物标志物的即时检测。通过AuNPs和MXene的协同作用，传感器实现了对尿酸（UA）、多巴胺（DA）和胱抑素C（Cys C）的高灵敏度检测，检测限分别为1.12 μM、1.11 μM和50 ng/mL。临床验证显示，该传感器可有效区分妊娠期糖尿病（GDM）患者与健康孕妇的血清Cys C水平，具有快速（2分钟/样本）、低成本（生产成本低至0.25美元/电极）和高稳定性的特点，为即时检测（POCT）和个性化医疗提供了新工具。

1.临床需求与挑战

尿酸（UA）、多巴胺（DA）和胱抑素C（Cys C）是重要的生物标志物，分别与高尿酸血症、神经退行性疾病（如帕金森病）及肾功能障碍密切相关。例如，UA水平异常与痛风、心血管疾病风险增加直接相关；Cys C作为肾小球滤过率的敏感指标，对妊娠期糖尿病（GDM）等并发症的早期预测具有重要价值。然而，传统检测方法（如高效液相色谱法、酶联免疫吸附试验）存在操作复杂、耗时长、依赖大型仪器等问题，难以满足即时检测（POCT）的需求。

2.现有电化学传感器的局限性

尽管电化学传感器因其灵敏度高、响应速度快等优点被广泛研究，但仍面临以下挑战：

1)抗干扰能力差：血清中复杂成分（如抗坏血酸、尿酸同分异构体）易导致假阳性信号（文献报道干扰误差可达20-30%）；

2)灵敏度不足：传统电极表面活性位点有限，难以检测低浓度标志物（如Cys C需纳克级检测限）；

3)规模化与成本问题：商业化电极（如Zensor TE100）生产成本高达2.75美元/片，限制了其在资源受限地区的应用。

3.纳米材料与技术突破

近年来，二维材料MXene（Ti₃C₂Tx）因其高导电性、大比表面积和可调表面功能化特性，被广泛应用于电化学传感领域。研究表明，MXene可通过增强电子转移速率显著提升传感器灵敏度（文献显示其修饰电极的电流响应可提高3-5倍）。此外，金纳米颗粒（AuNPs）作为高效的电催化剂，可通过催化氧化还原反应降低检测限。然而，单一材料的性能仍受限于电子传输效率或活性位点密度。本研究创新性地将AuNPs与MXene复合，并通过丝网印刷技术实现电极的大规模制备，解决了传统传感器在灵敏度、抗干扰性和成本上的瓶颈。

4.研究空白与创新点

尽管已有研究尝试将MXene与AuNPs结合用于生物传感，但多数工作集中于单一标志物检测，且缺乏长期稳定性和临床验证。本研究首次将AuNPs/MXene复合材料应用于多目标检测（UA、DA、Cys C），并通过以下创新点实现突破：

1)双功能协同机制：MXene提供高导电基底，AuNPs催化氧化还原反应，二者协同提升电子转移效率；

2)便携式集成设计：结合低功耗蓝牙电子系统和丝网印刷电极，实现设备小型化与实时数据传输;

3)临床适用性验证：通过GDM患者血清样本验证Cys C检测的临床相关性，推动技术向实际应用转化。

1.传感器设计与性能

通过MXene层状结构提供高比表面积，AuNPs增强导电性和催化活性，构建了AuNPs/MXene-SPE。优化条件（MXene浓度1 mg/mL、扫描速率0.1 V/s、电沉积20段）下，UA和DA的线性检测范围分别为1-1000 μM和1-500 μM，检测限达1.12 μM和1.11 μM。

2.抗干扰与选择性

在含2 mM常见干扰物（如Na⁺、葡萄糖）的血清中，UA和DA的检测信号变化<5%（图G-J），证明优异的抗干扰能力。

3.临床验证

检测36例真实血清样本，UA结果与全自动生化分析仪的相关系数达0.995（图F-G）。孕妇血清Cys C检测中，GDM患者水平显著高于健康孕妇（图G），与乳胶免疫比浊法（LIA）相关性良好（R²=0.9556）。

4.稳定性与可重复性

传感器在室温下保存14天后，UA和DA响应值仍保持初始值的57.82%和69.19%。7个平行传感器的相对标准偏差（RSD）分别为1.84%（DA）和4.65%（UA）。

开发了一种基于AuNPs/MXene-SPE的便携式电化学传感器，通过创新材料设计和低功耗电子系统集成，实现了对多种血清生物标志物的高灵敏度、高选择性检测。该传感器在临床样本中表现出优异的稳定性和准确性，尤其为妊娠期糖尿病的早期风险预测提供了非侵入性工具。其低成本、快速检测的特点有望推动即时检测技术和个性化医疗的发展。