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这篇综述聚焦于电化学方法在乳腺癌生物标志物检测中的应用，重点探讨电极电位扫描技术（voltammetry）。详细阐述其原理、各类生物标志物（如 HER2、BRCA1 等）检测进展，分析优势与局限，并展望未来发展，为乳腺癌诊断研究提供全面参考。
引言
乳腺癌是严重威胁全球女性健康的重大疾病，2022 年全球约有 230 万新发病例。早期精确诊断对提高乳腺癌治疗效果和患者生存率至关重要。乳腺癌具有复杂的分子亚型，包括腔面 A 型（Luminal A）、腔面 B 型（Luminal B）、人表皮生长因子受体 2 阳性（HER2-positive）和三阴性（Triple-negative）乳腺癌，各亚型有不同的生物标志物，如雌激素受体（ER）、孕激素受体（PR）、HER2、Ki67 等，这些标志物在乳腺癌的分类、诊断和治疗决策中发挥关键作用。
随着电化学技术的发展，电位扫描伏安法成为检测乳腺癌生物标志物的有力工具。与传统检测方法（如免疫组织化学、基于荧光的技术）相比，该技术具有高灵敏度（常达皮摩尔或飞摩尔级别）、可同时监测多种生物标志物等优势，能为乳腺癌的早期诊断、疾病进展监测和个性化治疗提供关键数据支持。
电位扫描的基本原理
电位扫描原理
能斯特方程（Nernst equation）E=E0?nFRTln(COxCRed)是电位扫描的基础，它描述了电极的平衡电位与氧化还原反应中氧化态和还原态物质浓度的关系，在理解和解释电化学系统行为中起关键作用。
检测原理
电化学生物传感器通过生物探针与目标分子相互作用产生电信号变化来检测生物标志物。当目标生物标志物存在于样品溶液中，会在修饰电极表面发生特定的氧化还原反应，导致电流或电位变化，根据法拉第定律（Faraday’s law），通过精确测量这些电化学信号可确定生物标志物的浓度。
信号产生
修饰电极表面功能化有对目标生物标志物具有高亲和力的识别元件（如抗体或适配体）。当生物标志物与识别元件结合，会引发氧化还原反应，导致电子转移，产生电流。伏安法通过向三电极体系施加随时间变化的电位，测量得到的电流与电位关系曲线（伏安图），可提供氧化还原反应中物质的定性和定量信息。但总电流除了法拉第电流，还包含残余电流（如非法拉第充电电流和痕量杂质氧化还原反应产生的法拉第电流），目前研究致力于减小这些残余电流并探索信号放大策略。
信号放大
为提高生物传感器的检测灵敏度，研究人员开发多种信号放大策略。纳米材料（如纳米颗粒、纳米管、石墨烯）因具有高比表面积和良好的导电性，可增加识别元件负载量、提升电子转移动力学，从而提高灵敏度、降低检测限；酶促放大利用葡萄糖氧化酶或辣根过氧化物酶等催化底物转化为电活性产物，增加电流响应；非酶促放大则利用氧化还原活性物质或催化反应增强电化学信号。
多重检测策略
电化学传感器可通过多电极阵列系统实现多种乳腺癌生物标志物的同时检测。阵列中每个电极修饰有针对特定生物标志物的识别元件，通过同时测量各电极的电化学信号，可对单个样品中的多种生物标志物进行检测和定量，有助于精确的乳腺癌分类和预后管理。
电位扫描技术在生物传感器中的优势
电位扫描技术在生物传感领域优势显著，其灵敏度高，能在复杂生物基质中检测低浓度分析物；响应迅速，适合实时监测；与纳米材料结合可提高电子转移效率和稳定性；还支持开发便携式、低成本的生物传感器，适用于即时检测（point-of-care testing）。相比其他电化学技术（如阻抗谱、安培法、电位法），电位扫描技术具有结果直观易解释、电极降解慢、可检测多种生物分子和实现多重检测等优点。
乳腺癌生物标志物的电位扫描检测
乳腺癌生物标志物（如 HER2、BRCA1、MUC1、miRNA、m6A 等）多为非电活性蛋白质或核酸，需借助氧化还原探针（redox probes）通过电位和电流变化进行定性和定量检测。氧化还原探针在电位扫描中发挥关键作用，通过可逆的电子转移过程，实现对样品电化学性质的检测和分析。
HER2 检测
HER2 是乳腺癌的重要生物标志物，其过表达与疾病高发生率密切相关。基于电极电位扫描的生物传感器在 HER2 检测方面取得显著进展，多种材料（如金属 - 有机框架（MOFs）、导电聚合物、纳米结构金属）和检测策略被应用，大幅提高检测灵敏度和特异性，有助于乳腺癌的早期诊断和干预。
BRCA1 检测
BRCA1 作为肿瘤抑制基因，其突变与遗传性乳腺癌风险显著增加相关。电位扫描生物传感器在检测 BRCA1 相关突变方面展现出高灵敏度和选择性，不同平台（如玻璃碳电极（GCE）、丝网印刷电极（SPE））和金属纳米材料的应用影响检测性能，为乳腺癌的遗传分析和早期诊断提供有力支持。
MUC1 检测
MUC1 是一种在多种癌症（包括乳腺癌）中过表达的糖蛋白，与肿瘤发生、转移和预后不良相关。电位扫描生物传感器在 MUC1 检测方面不断创新，不同传感平台（如免疫传感器、适配体传感器）利用不同纳米材料和标记策略，实现超灵敏、实时检测，对乳腺癌早期诊断和个性化治疗意义重大。
miRNA 检测
miRNA 是一类在基因调控中起关键作用的小分子非编码 RNA，在乳腺癌中可作为生物标志物。电位扫描生物传感器在 miRNA 检测方面发展迅速，多种纳米材料和检测策略的应用显著提高检测灵敏度和特异性，有助于乳腺癌的早期检测和病情监测。
m6A 检测
m6A 是一种重要的 RNA 修饰，在乳腺癌细胞增殖、存活和迁移中发挥作用。电位扫描生物传感器在 m6A 检测方面取得进展，多种检测方法利用不同信号放大策略，提高检测灵敏度和特异性，为深入了解 m6A 在乳腺癌中的作用提供技术支持。
ER、PR、HER2 和 Ki67 检测
ER、PR、HER2 和 Ki67 是乳腺癌诊断和治疗的关键生物标志物。电化学生物传感器的发展使得同时检测这些标志物成为可能，通过整合不同平台、材料和标记策略，显著提高检测灵敏度和多重检测能力，为乳腺癌的精准诊断和个性化治疗提供重要依据。
乳腺癌生物标志物电位扫描检测的方法
乳腺癌生物标志物检测对癌症诊断、治疗决策和预后评估至关重要。生物传感器结合纳米技术和电位扫描方法，通过生物受体捕获生物标志物，传感器将生物相互作用转化为电信号。电位扫描生物传感器通过独特的表面相互作用实现对乳腺癌生物标志物的灵敏、选择性检测，纳米技术和创新材料的应用进一步提升其性能，研究致力于将其集成到便携式和可穿戴设备中，以实现临床应用。
乳腺癌生物标志物电位扫描传感器的案例研究
电位扫描传感器在乳腺癌生物标志物检测的案例研究中展现出早期准确诊断的潜力。例如，在乳腺癌转移检测中，生物传感器具有操作简便、便携和实时分析的优势；在检测多种乳腺癌生物标志物（如特定基因、miRNA、蛋白质等）方面，纳米生物传感器利用纳米材料提高检测灵敏度和选择性，有望在临床实践中发挥重要作用。
乳腺癌电位扫描方法的优缺点
乳腺癌电位扫描方法具有使用方便、成本低、便于制成便携式试剂盒等优点，可用于监测体内生物标志物。但该方法也存在检测限低、选择性不足等问题，常需与其他技术（如光电化学方法、分子印迹系统等）结合以提高性能，同时在稳定性、功能优化和及时检测等方面仍需进一步研究。
未来展望
乳腺癌生物传感器电位扫描技术的趋势
乳腺癌生物传感器电位扫描技术正朝着更灵敏、特异和用户友好的方向发展。开发即时检测设备、整合纳米材料、探索多种传感模式和构建集成分析平台是重要趋势，有助于提高乳腺癌诊断的准确性和可及性，改善患者预后。
乳腺癌多分析物检测的生物传感器阵列
生物传感器阵列可同时检测多种乳腺癌生物标志物，提高诊断准确性和对疾病状态的理解。电化学和表面等离子体共振（SPR）等技术的应用，以及纳米技术和新材料的整合，结合机器学习算法，将推动多分析物检测生物传感器阵列的发展，为乳腺癌早期诊断和个性化治疗带来新突破。
人工智能在乳腺癌检测数据解释中的整合
人工智能（AI）与电位扫描生物传感器的整合为乳腺癌检测带来新机遇。AI 算法（尤其是深度学习）可分析复杂的生物传感器数据，提高早期乳腺癌生物标志物的检测能力，辅助肿瘤分类、预测治疗结果和个性化医疗。但 AI 整合面临数据标准化、避免偏差和监管审批等挑战，需多领域合作解决。
提高乳腺癌检测生物传感器的性能
提高乳腺癌检测生物传感器的性能需要多方面努力，包括材料科学、纳米技术、数据分析和 AI 的协同发展。通过改进材料、优化检测算法、实现传感器小型化和标准化临床验证，同时解决数据隐私和伦理问题，有望开发出更准确、灵敏和可及的诊断工具。
结论
电化学电位扫描技术在乳腺癌生物标志物检测方面取得显著进展。氧化还原探针、纳米材料、信号放大策略、分子印迹聚合物（MIPs）和 CRISPR - Cas 系统的应用，以及与机器学习算法的结合，显著提高检测灵敏度、特异性和准确性。这些技术的发展为乳腺癌的精确早期诊断和个性化治疗提供有力支持，有望改善患者的预后。
