仿生自携氧电化学生物传感器实现单滴全血中肌氨酸的超灵敏检测及其临床应用价值

本文开发了一种基于聚多巴胺（PDA）包被红细胞（RBC）的仿生自携氧电化学生物传感器（PDA@Rf@RBC），通过血红蛋白自供氧、核黄素（Rf）模拟肌氨酸氧化酶（SOx）催化活性、红细胞膜屏蔽干扰物及PDA壳传导电信号，实现了对全血中痕量肌氨酸（Sar）的高灵敏、高抗干扰检测。该传感器在空气中表现出优异稳定性（>30天），检测限低至200 fM，线性范围达10 pM–100 μM，可应用于前列腺癌（PCa）和心血管疾病（如主动脉夹层AD）的辅助诊断与风险评估。

　　

Highlight

本研究首次提出了一种将稳定Rf催化中心与内源性供氧微环境耦合的仿生传感平台，有效解决了Rf催化肌氨酸氧化过程中的氧依赖问题，显著提升了肌氨酸检测的灵敏度与可靠性。

Materials

红细胞（RBCs）购自广州泓泉生物技术有限公司。多巴胺（Dopamine, >98%）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。核黄素（Riboflavin, Rf, >98%）、肌氨酸（Sarcosine, Sar, >98%）、半胱氨酸（Cysteine, >98%）、赖氨酸（Lysine, >98%）、丝氨酸（Serine, >98%）、缬氨酸（Valine, >98%）、尿酸（Uric Acid, UA）和肌酐（Creatinine, >98%）均购自麦克林生化技术有限公司。氯化钠（NaCl）、铁氰化钾（K₃[Fe(CN)₆]）和亚铁氰化钾（K₄[Fe(CN)₆]）购自国药集团化学试剂有限公司。实验使用0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS, pH 7.4）配制所有溶液。所有试剂均为分析纯，未经进一步纯化直接使用。实验用水为超纯水（18.2 MΩ·cm）。

Design and characterisation of the PDA@Rf@RBC

PDA@Rf@RBC仿生反应器的设计如Scheme 1所示。通过扫描电子显微镜（SEM）对其形态特征进行表征。图1a显示天然红细胞表面光滑、边缘清晰；相比之下，经PDA修饰后的PDA@Rf@RBC形态发生明显变化（图1b、1c），其表面覆盖有疏松颗粒，粗糙度显著增加。而Rf@RBC仍保持与天然红细胞相近的光滑表面……

Conclusions

本研究成功开发出一种基于红细胞的新型智能电化学生物传感器，通过结合红细胞固有的携氧能力与Rf高效催化肌氨酸的特性，显著提升了传感器的灵敏度、稳定性和抗干扰能力，为临床微量血液样本中肌氨酸的快速、精准检测提供了全新策略。