基于 CoMoO4@PANI-PPy 纳米复合材料的无标记阻抗免疫传感系统：多乳腺癌生物标志物早期检测的新希望

在乳腺癌早期检测面临挑战的当下，研究人员开展了基于 CoMoO4@PANI-PPy 纳米复合材料构建双阻抗免疫传感系统的研究。结果显示该系统对 CEA 和 HER2 检测限分别低至 8.2 fg/mL 和 4.9 fg/mL ，有望用于临床早期检测。

　　乳腺癌，这个威胁全球女性健康的 “杀手”，近年来其发病率不断攀升，已然成为女性群体中最为常见的恶性肿瘤。目前，乳腺癌的早期诊断困难重重，传统的检测手段，像乳腺钼靶检查、活检以及常规的乳房体格检查等，都存在诸多弊端。乳腺钼靶检查虽应用广泛，但它的敏感性和特异性欠佳，有时难以准确判断微小病灶；活检属于有创检查，会给患者带来身体上的痛苦和潜在风险，且操作复杂，对设备和人员要求较高；常规的乳房体格检查则过于依赖医生的经验，准确性难以保证。这些检查方式不仅费用高昂，还无法满足对乳腺癌早期、精准诊断的需求。因此，开发高效、微创的诊断方法迫在眉睫，而寻找可靠的癌症生物标志物并实现其精准检测，成为了攻克这一难题的关键。

在这样的背景下，国外研究人员开展了一项极具意义的研究，旨在构建一种新型的免疫传感系统，用于乳腺癌生物标志物的早期检测。研究成果发表在《Biosensors and Bioelectronics: X》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先是材料合成技术，通过沉淀法制备钴钼酸盐（CoMoO₄），并利用原位化学氧化聚合法合成聚苯胺 / 聚吡咯（PANI-PPy）共聚物，将二者复合得到 CoMoO₄@PANI-PPy 纳米复合材料。其次是传感器构建技术，在丝网印刷碳电极（SPE）表面修饰金纳米颗粒（AuNPs）和上述纳米复合材料，利用 4 - 氨基硫酚（4 - ATP）作为交联剂，成功固定抗癌胚抗原（CEA）和抗人表皮生长因子受体 2（HER2）的抗体，构建成双阻抗免疫传感系统。最后运用电化学测量技术，借助循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）对传感器性能进行评估 。

下面来详细看看研究结果：

• 纳米复合材料的表征：通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、X 射线光电子能谱（XPS）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）对 CoMoO₄@PANI-PPy 纳米复合材料进行表征。FTIR 分析表明，915 - 920 cm^-1处的吸收峰对应 Mo - O 拉伸振动，832 cm^-1处的峰表明存在末端 Mo = O 键，650 - 750 cm^-1处的峰对应 Co - O 拉伸振动，证实了 CoMoO₄的形成；同时，3200 - 3500 cm^-1处的宽峰为 PANI 和 PPy 中胺基的 N - H 拉伸振动，1500 - 1600 cm^-1处的峰对应其醌式和苯式环的拉伸振动，表明复合材料成功制备。拉曼光谱显示，PANI/PPy 的 D、G 和 2D 峰在复合材料中出现位移，且 ID/IG 比值变化，进一步证明了复合的成功。XPS 分析确定了 CoMoO₄中 Co²⁺和 Mo⁶⁺的存在，以及氧与它们的化学键合，再次证实了材料的合成。HRTEM 图像显示，CoMoO₄为平均粒径 25 nm 的均匀球形颗粒，复合后其尺寸和形状未受影响，且二者均呈现多晶态。
• 电化学性能研究：研究人员对比了不同金属钼酸盐（锌、钴、银）与 PANI/PPy 复合后的电化学性能。CV 和 EIS 测试结果表明，CoMoO₄@PANI-PPy 修饰电极表现最佳，在 20:80 的比例下，氧化电流相比未修饰电极提高了 10 倍，电荷转移电阻（Rct）最低，说明其导电性和电子转移速度最快，因此被选作检测 CEA 和 HER2 的平台。
• 免疫传感器芯片的构建：利用 CV 和 EIS 监测免疫传感器的构建过程。随着修饰步骤的进行，CV 中氧化还原峰电流变化明显，4 - ATP 自组装和抗体固定后电流下降，表明抗体有效固定；EIS 中 Rct 值在修饰纳米材料后降低，而在后续修饰步骤中升高，且计算得到的抗体覆盖率高达 98%，证明了传感器构建的有效性。FTIR 分析也跟踪了免疫传感平台的构建步骤，确认了 4 - ATP 自组装单层（SAM）的形成及其在抗体固定中的作用。
• 免疫传感优化：研究人员对影响免疫传感性能的因素进行优化。发现随着直流电位从 0.0 V 增加到 1.0 V，法拉第电阻和 Warburg 扩散降低，有利于消除干扰电阻。抗体固定浓度在 24 μg/mL 时，Rct 达到最大值，说明此时抗体在传感器表面达到饱和。免疫传感时间在 20 min 时，电化学信号达到稳定，确定了最佳检测时间。
• 校准曲线的生成：在最佳条件下测试免疫传感器对不同浓度 CEA 和 HER2 的检测能力。Nyquist 图显示 EIS 信号与抗原浓度相关，构建的校准曲线呈现良好的线性关系，CEA 的线性范围为 1.0 fg/mL 至 100 ng/mL，检测限（LOD）为 8.2 fg/mL，定量限（LOQ）为 24.9 fg/mL；HER2 的线性范围为 25 fg/mL 至 100 ng/mL，LOD 为 4.9 fg/mL，LOQ 为 14.8 fg/mL，相关系数（R²）分别为 0.999 和 0.998 。
• 干扰研究与特异性评估：针对常见的非特异性目标（如粘蛋白、甲胎蛋白、β - 淀粉样蛋白、维生素 D 和多巴胺）进行选择性测试。结果显示，这些非特异性目标产生的干扰响应极小，表明该传感器对 CEA 和 HER2 具有很强的选择性。
• 免疫传感器的重复性和稳定性：在固定浓度的 CEA 和 HER2（3.0 pg/mL）下评估传感器的重复性，相对标准偏差（RSD）为 2.75%（n = 5），证明了传感器制备的高重复性。将传感器芯片在 4°C 下储存，4 周后仍保留约 82.5% 的功能，展现出良好的稳定性。

综合来看，本研究成功设计并制备了基于 CoMoO₄@PANI-PPy 纳米复合材料的纳米结构印刷免疫传感器芯片，用于乳腺癌生物标志物 HER2 和 CEA 的选择性早期检测。该传感器具有高灵敏度、高选择性、良好的重复性和稳定性，为乳腺癌的早期诊断提供了一种新的、可靠的技术手段，有望推动乳腺癌早期诊断技术的发展，在临床应用中具有巨大的潜力，为提高乳腺癌患者的生存率和生活质量带来新的希望。