基于MWCNT/ZnS@CdS纳米复合材料电极修饰的超灵敏免疫传感器用于CEA生物标志物检测研究

针对癌胚抗原(CEA)传统检测方法（如ELISA、电化学发光）操作复杂、成本高的问题，研究人员开发了一种新型电化学免疫传感器。通过将多壁碳纳米管(MWCNT)与ZnS@CdS核壳量子点(QDs)复合修饰玻碳电极(GCE)，结合HRP-H2O2信号放大体系，实现了血清中CEA的痕量检测。该传感器线性范围达0.0005-2.5 ng/mL，检测限(LOD)低至0.11 pg/mL，兼具高稳定性与特异性，为癌症早期诊断提供了高效低成本解决方案。

　　

在结肠癌诊疗监测中，癌胚抗原(CEA)作为关键生物标志物，其血清浓度变化直接影响治疗方案调整。临床要求CEA检测需具备高灵敏度（正常值<2.5 ng/mL，异常阈值>5 ng/mL），但传统方法如酶联免疫吸附(ELISA)、电化学发光(ECL)等存在操作复杂、耗时长、成本高等缺陷，难以满足快速精准诊断需求。尤其在癌症早期，痕量CEA的漏检可能导致治疗时机延误。

针对这一挑战，Mohaghegh Ardabili大学研究团队创新性地构建了基于MWCNT/ZnS@CdS纳米复合材料的超灵敏免疫传感器，相关成果发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》。该研究首次将ZnS@CdS核壳量子点(QDs)的非光学特性应用于电化学检测体系，通过纳米复合材料修饰玻碳电极(GCE)，结合辣根过氧化物酶(HRP)标记的二抗信号放大策略，实现了CEA的痕量检测。

关键技术方法
研究采用溶剂热法合成ZnS@CdS核壳量子点，通过羧基化MWCNT表面氨基结合实现纳米复合（MWCNT/ZnS@CdS）。利用场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)表征材料形貌，电化学阻抗谱(EIS)验证电极修饰效果。采用三明治型免疫检测模式：一抗固定于修饰电极→CEA抗原捕获→HRP标记二抗结合→H₂O₂底物催化。检测使用差分脉冲伏安法(DPV)，血清样本来自伊朗Ardabil病理实验室。

研究结果
• 纳米复合材料特性
XRD证实ZnS@CdS成功负载于MWCNT（特征峰26.5°(002)、28.1°(101)），FTIR显示羧基(-COOH)与氨基(-NH₂)结合。FESEM显示ZnS@CdS均匀分散于MWCNT表面（粒径10-15 nm），有效抑制MWCNT团聚，比表面积提升3.8倍。

• 电化学性能优化
EIS显示MWCNT/ZnS@CdS修饰使电子转移电阻降低89%（vs.裸GCE）。DPV响应电流强度与MWCNT:QDs质量比呈正相关，最优比例3:1时电流提升12倍，归因于QDs宽能带隙(ZnS 3.78 eV, CdS 2.49 eV)促进电子转移。

• 检测性能分析
在0.01 M PBS缓冲液(pH 7.4)中，传感器对CEA的线性响应范围为0.0005–2.5 ng/mL（R²=0.998），LOD低至0.11 pg/mL。抗干扰实验表明，10倍浓度的AFP、PSA等蛋白对信号影响<5%。血清样本回收率98.2-102.4%，批内/批间变异系数<4.5%。

• 稳定性验证
4℃储存30天后响应电流保留95.6%，连续扫描50次后信号衰减<7.3%，归因于ZnS外壳提升CdS核心的化学稳定性。

结论与意义
该研究通过MWCNT/ZnS@CdS协同增效机制解决了两大关键问题：（1）ZnS@CdS核壳结构抑制MWCNT团聚，提升电极均一性与导电性；（2）QDs宽能带隙加速电子转移，HRP-H₂O₂体系实现信号二次放大。相较于同类研究（如钛IV氧化物/聚丙烯腈传感器LOD 0.01 ng/mL），本传感器灵敏度提升近百倍，且具备操作简便（全程检测<25 min）、成本低廉（无需贵金属）的优势。

此项工作不仅为CEA检测提供了新一代工具，更开创了半导体量子点在电化学传感中的非光学应用范式。未来通过集成微流控芯片，该技术有望发展为便携式癌症早期诊断设备，推动个性化医疗进程。