综述：电化学与光学适配体传感器在胰岛素定量检测中的应用综述

《Annals of Biomedical Engineering》：Insulin Quantification Through Electrochemical and Optical Aptasensors: A Review

本综述系统评述了胰岛素检测领域的最新进展，重点探讨了基于适配体的电化学与光学传感技术。文章深入分析了糖尿病管理的现状挑战，指出当前临床实践过度依赖血糖监测而忽视胰岛素直接检测的局限性。通过对各类适配体传感器（包括信号开关型、表面阻断型、链置换型等）的性能比较，揭示了其在灵敏度（可达fM级）、特异性（如IGA3适配体）和实时监测方面的优势。作者还探讨了纳米材料（如AuNPs、QDs）在信号放大中的作用以及不同固定化策略对稳定性的影响，为开发便携式、低成本胰岛素检测设备提供了重要参考。

　　

引言：胰岛素检测的临床意义

糖尿病作为全球性健康危机，影响着数亿人的健康。当前糖尿病管理主要依赖血糖监测实现优化血糖控制，而胰岛素作为调节血糖的关键激素，其作用远未被充分利用。胰岛素抵抗评估对2型糖尿病早期诊断和胰岛素剂量精准化至关重要。空腹胰岛素测量通过稳态模型评估胰岛素抵抗（HOMA-IR）可实现胰岛素抵抗评估，该方法与金标准研究方法高度相关。然而当前临床检测方法存在耗时长、中心化、成本高等局限，亟需开发可靠、便携、经济的实时胰岛素检测设备。

生物传感器基础

生物传感器由生物识别元件、转换器和信号处理器组成。适配体作为单链核酸（ssDNA或RNA），能折叠成独特三维结构，通过系统性配体进化技术（SELEX）筛选获得，与抗体相比具有稳定性高、成本低、修饰灵活等优势。胰岛素结合适配体如IGA3和ILPR₂已被广泛研究，其中IGA3表现出更高的胰岛素结合亲和力。

电化学胰岛素适配体传感器

氧化还原标记策略

Wu等通过末端标记亚甲蓝（MB）的适配体开发实时监测传感器，60秒内可达到90%信号饱和，检测限为200 nM。研究表明标记位置显著影响电子转移效率，末端标记比内部标记更有效。

信号开关策略

Zhao等设计双信号传感器，同时使用MB和二茂铁（Fc）标记，通过胰岛素诱导的构象变化实现信号比值检测，血清样本回收率达93.8%-110.2%。Zhou采用类似策略使用蒽醌（AQ）和MB双标记，四周后仍保持83%信号稳定性。

纸基传感器与核酸外切酶增强

Niroula开发的纸基传感器通过石墨电极修饰羧基化石墨烯固定适配体，检测限低至1.5 pM。Liu等引入核酸外切酶I水解未结合适配体，结合金纳米颗粒放大信号，激光刻蚀石墨烯电极检测限达9.8 fM。

可穿戴与智能手机集成平台

Dervisevic等开发微针阵列可穿戴传感器，用于间质液胰岛素检测，检测限10 pM。Liu团队实现智能手机蓝牙连接的多通道生物芯片，可同步检测葡萄糖和胰岛素，检测限45 pM。

光学胰岛素适配体传感器

化学发光与荧光传感

Sun等构建的化学发光传感器通过适配体功能化二氧化硅-氧化石墨烯气凝胶释放金纳米颗粒催化发光反应，检测限1.6 pM。Muhammad利用碳点（CD）和量子点（QD）双发射系统，实现胰岛素和葡萄糖同步检测，血清回收率95.0%-101.0%。

荧光共振能量转移技术

He等采用红发射碳点（R-CDs）与氧化石墨烯（GO）间的FRET效应，检测限1.1 nM。Zeng使用四苯基乙烯盐（TPE-Z）作为聚集诱导发光团，检测限达0.44 pM。Mandani通过表面能量转移（SET）策略，银纳米片淬灭InP/ZnS量子点荧光，检测范围跨越6个数量级。

反射率与表面等离子体共振

Taib基于镍（II）Salphen色标开发反射传感器，胰岛素结合引起颜色变化，40分钟完成检测。Singh的SPR传感器阵列集成微流体技术，检测限800 fM，可实现四样本同步分析。

液晶传感界面

Chen等构建液晶基生物传感器，通过胰岛素-适配体结合扰动液晶排列产生光学信号变化，尿液样本回收率93.4%-113.18%，15天储存稳定性超90%。

纳米材料与固定化策略

金纳米颗粒（AuNPs）因其高导电性和生物相容性被广泛应用于电极修饰，可将检测限提升至fM级。量子点（QDs）如CdSe/ZnS和InP/ZnS具有优异光学性能，但存在毒性问题，碳量子点（CQDs）成为安全替代方案。固定化策略包括物理吸附、硫醇-金自组装单层（SAM）、EDC/NHS交联和戊二醛偶联，其中硫醇-SAM最常用于电化学传感器，而EDC/NHS交联在光学传感器中占主导。

技术挑战与商业化前景

当前适配体传感器面临储存稳定性（多数不足一月）、响应时间（最长40分钟）和复杂基质干扰等挑战。通过多硫醇锚定、纳米材料优化可提升性能。与ELISA相比，适配体传感器具有成本低（生产成本降低10倍）、可批量生产、易于微型化等优势，但需建立标准化临床验证流程和用户教育体系才能实现临床转化。

结论

适配体传感器为胰岛素检测提供了高灵敏度、特异性的解决方案，在糖尿病精准管理方面展现巨大潜力。通过优化传感策略、纳米材料集成和设备微型化，有望推动下一代即时检测设备的发展，最终改善糖尿病临床管理效果。