基于掺镉MoS2纳米花的PEC/EC双信号放大技术，用于血清样本中NT-proBNP的高精度检测

《Talanta》：PEC/EC Dual-Signal Amplification Based on Cd-Doped MoS 2 Nanoflowers for Highly Accurate Sensing of NT-proBNP in Serum Samples

光/电化学双模式传感器通过Cd-MoS2异质结与DNA诱导分子实现NT-proBNP超灵敏检测（0.062 pg/mL），具有宽动态范围（0.0001-100 ng/mL）和信号交叉验证机制，显著提升复杂生物样本检测特异性与可靠性，为早期心衰诊断提供新工具。

　　随着全球人口老龄化的加剧，心力衰竭（HF）的发病率和死亡率持续上升。心力衰竭作为一种心血管疾病中的“沉默杀手”，不仅具有较高的发生率和死亡率，其疾病特征还表现为早期阶段的隐蔽性和不可逆的进展性。这种现状凸显了早期检测和主动预防心血管疾病的重要性。目前，心力衰竭的诊断主要依赖于脑钠肽（BNP）和N末端前脑钠肽（NT-proBNP）等生物标志物，这些标志物在心脏负荷过重时被释放，能够有效反映心力衰竭的病情变化。尤其是NT-proBNP，因其半衰期更长（约120分钟，远长于BNP的20分钟）、血液中浓度更稳定以及对肾功能变化的敏感性较低，已被广泛应用于心力衰竭的早期筛查、急性失代偿性心力衰竭与肺部疾病的鉴别诊断，以及患者出院后的预后风险分层。

尽管目前已有多种检测NT-proBNP的方法，如电化学发光（ECL）、荧光（FL）、电化学（EC）、光电化学（PEC）和色谱法等，但这些方法大多属于单一模式检测策略，即仅通过一种信号输出进行定量分析。这种单一模式的检测方式容易受到外部环境和生物样本基质的干扰，从而影响检测的准确性和可靠性。此外，这些干扰因素还可能导致临床决策的偏差，进而影响患者的治疗效果。相比之下，双模式检测技术通过整合两种互补的检测原理，构建了“双信号交叉验证”的机制，能够在同一样本中同时量化目标物质，并且只有当两种信号均表现出浓度依赖性响应时，检测结果才被视为有效。这一设计不仅能够有效消除单一干扰因素，还能通过信号相关性分析进一步降低假阳性或假阴性的发生率，显著提高检测结果在复杂生物样本中的可靠性和可重复性。

在早期心力衰竭的诊断过程中，NT-proBNP的浓度往往处于临界阈值（400–1000 pg/mL）附近，这使得单一模式检测方法容易出现“灰色区域”的误判问题。因此，探索和开发适用于NT-proBNP的双模式检测方法，有望突破现有单一模式技术在抗干扰能力方面的瓶颈，为心力衰竭的早期准确诊断和动态监测提供更加可靠的检测工具。近年来，多种双模式传感平台已被广泛报道并应用于不同物质的检测，如压力/温度、荧光/化学发光（FL/CL）、激光解吸/电离质谱、比色/荧光（CM/FL）以及光电化学/电化学（PEC/EC）系统等。其中，PEC/EC检测方法因其能够通过电化学信号输出（光电流和法拉第电流）实现对两种信号的同时测量，而无需更换检测仪器，从而最大限度地减少信号之间的相互干扰，成为极具潜力的双模式检测策略。

此外，PEC/EC检测方法的这一特性不仅简化了设备结构，还促进了检测装置的小型化发展，同时避免了不同仪器之间可能存在的测量差异，进一步提升了检测的准确性。然而，由于早期心力衰竭患者释放的NT-proBNP浓度较低，现有的检测方法需要具备极高的灵敏度才能实现对痕量水平的准确测量。同时，临床样本通常具有复杂的基质成分，对传感器的特异性和抗干扰能力提出了更高的要求。因此，在开发NT-proBNP的双模式检测方法时，必须在高灵敏度和高特异性之间取得平衡，而不能仅追求单一性能的优化。自供电材料在高效生成光电流和法拉第电流信号方面展现出显著优势，同时具备与高特异性生物识别分子（如适配体）便捷结合的能力，为解决上述问题提供了良好的解决方案。

钼硫化物（MoS?）因其独特的电子结构和能带特性，被广泛应用于光电探测器领域。通过与金属（如Al、Mg、Zn）或半导体（如BiOI、ZnO）构建异质结构，以及对表面进行修饰，可以进一步提升其光电响应能力。其中，镉掺杂（Cd doping）尤其具有优势，因为Cd和Mo的离子半径相近，能够较为容易地嵌入到MoS?晶格中，对晶格结构的扰动较小。这种掺杂不仅引入了缺陷能级，还能够调控电子结构，从而增强光电效率和电化学导电性。此外，MoS?纳米花（MoS? NFs）因其三维结构、高比表面积和丰富的活性位点，表现出优异的光电和电化学性能。因此，镉掺杂的MoS?纳米花（Cd-MoS? NFs）在无需外源性电子供体的情况下，能够实现增强的光电响应，并且能够有效放大双模式的光电化学/电化学响应。这种材料作为光电活性物质，为构建高效、灵敏的双模式检测电极提供了良好的基础。

目前，大多数报道的NT-proBNP检测系统主要依赖于基于抗体的夹心免疫分析（ASIs）。尽管ASIs在临床中已被证明能够有效定量NT-proBNP，但其固有的局限性显著增加了生物传感设备的制造成本和操作复杂度。例如，抗体依赖性方法需要使用动物源性抗体，这可能导致批次间的差异，增加检测的不确定性。此外，抗体的储存条件较为严格，且多步骤的孵育过程不仅延长了检测时间，还增加了非特异性结合和操作误差的风险。因此，虽然这些方法在一定程度上有效，但其高成本和复杂操作限制了其在实际应用中的推广。相比之下，适配体作为一种化学合成的识别分子，具有显著的优势。适配体不仅具有良好的批次一致性，还能在多种环境条件下保持稳定，并且能够方便地进行功能基团修饰，从而简化传感器的固定化和信号传递过程。此外，适配体较小的分子尺寸使其能够以更高的密度固定在传感器表面，从而有望提高检测的灵敏度。

基于上述优势，本研究设计了一种基于光电化学/电化学（PEC/EC）双模式策略的适配体传感器。该传感器利用了CdS量子点与镉掺杂的MoS?纳米花（CdS/Cd-MoS? NFs）异质结的优异光电和电化学性能，实现了对NT-proBNP的高灵敏度和高特异性双信号检测。通过将双链DNA（dsDNA）与金纳米颗粒（Au NPs）结合，并嵌入亚甲蓝（MB），构建了一种能够引发信号变化的诱导分子。当目标分子NT-proBNP与适配体结合时，会引发DNA结构的构象变化，从而同时调节光电化学和电化学信号。在光电化学模式下，Au NPs@dsDNA与CdS量子点之间的能量相互作用消失，导致光电流的增加；而在电化学模式下，MB从其结合位点脱离，使得电化学信号减弱，电流减少。这种双模式检测方式通过信号的交叉验证，提高了检测的可靠性。

整个检测过程可以在单一电极和单一检测孔中完成，且在血清样本检测中表现出较高的灵敏度和准确性。这一策略不仅降低了检测成本，还减少了检测时间，同时提升了检测的准确性、灵敏度和特异性。它为高效构建PEC/EC双模式适配体传感器提供了潜在的指导意义，并对推动高可靠性诊断方法的发展具有重要意义。此外，该方法还为其他生物标志物的检测提供了可借鉴的思路，特别是在需要高灵敏度和抗干扰能力的复杂生物样本分析中，具有广阔的应用前景。