具有纳米工程导电界面的电化学适配体传感器，用于超灵敏检测癌症相关生物标志物

《Materials Research Bulletin》：Signal-On Electrochemical Aptasensor with a Nanoengineered Conductive Interface for Ultrasensitive Detection of Cancer-Related Biomarker

超灵敏无标记电化学aptasensor基于AgNPs@PANI/ITO纳米复合材料，实现1.46 aM检测限和1 aM-1 pM线性范围，在血浆中验证稳定性与高回收率，适用于癌症早期诊断。

　　近年来，癌症的早期诊断和临床监测成为了生物医学研究中的热点。微小RNA（microRNA, miRNA）作为一类非编码的小分子RNA，在癌症等疾病的发生和发展过程中发挥着重要作用。其中，miR-21因其在多种恶性肿瘤中频繁的高表达，成为研究最为广泛的miRNA之一。miR-21不仅与肿瘤的进展和转移密切相关，还与较差的临床预后有关。因此，开发一种能够快速、灵敏地检测miR-21的分析工具，对于提高癌症诊断的准确性具有重要意义。

然而，miRNA的分析面临诸多技术挑战。首先，miRNA分子体积小、含量低，这使得其在生物样本中的检测变得困难。其次，miRNA之间存在高度的序列相似性，导致交叉反应的可能性增加。此外，传统的检测方法如实时定量PCR（RT-qPCR）和DNA微阵列虽然具备高特异性与准确性，但往往需要复杂的实验流程和精密的仪器设备，成本较高且耗时较长。因此，研究者们正在寻求更加简便、高效、经济的检测方法，特别是基于aptamer的电化学传感器，因其具有良好的灵敏度、快速响应和便携性，正受到越来越多的关注。

aptamer是一种短链的单链寡核苷酸，能够以高亲和力与特定的分子靶标结合。相比抗体，aptamer在稳定性、合成简便性和生产成本方面更具优势。此外，aptamer的结构可调，具有强大的靶标识别能力，使其成为生物传感中极具潜力的识别元件。电化学传感器在这一领域中展现出显著的优势，包括高灵敏度、快速信号读取、操作简便以及便于实时监测的潜力。

本研究设计了一种无标记的电化学aptasensor，用于miR-21的超灵敏检测。该传感器的传感界面是通过在氧化铟锡（ITO）电极上修饰银纳米颗粒-聚苯胺（AgNPs@PANI）纳米复合材料而构建的。AgNPs@PANI提供了具有导电性和多孔结构的平台，便于aptamer探针的固定。这种纳米结构显著提高了电子传递效率，从而在靶标杂交时产生信号增强的响应。该aptasensor在1 aM至1 pM的宽线性范围内表现出优异的性能，其检测限为1.46 aM。选择性研究证实了该传感器能够特异性识别miR-21，而非互补序列的干扰较小。此外，该平台在人工加入的血浆样本中表现出良好的稳定性、可重复性和可靠的回收率（91.2%-116.4%），进一步验证了其在复杂生物介质中的应用潜力。

在实验设计方面，研究团队采用了一系列的电化学技术，包括循环伏安法（CV）和计时电流法（CA），用于在ITO电极上沉积AgNPs并进行PANI的电聚合。这些过程在严格的实验条件下进行，以确保纳米复合材料的形成和性能。随后，通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、元素映射、原子力显微镜（AFM）以及电化学阻抗谱（EIS）等手段对表面修饰进行了详细的表征。这些分析结果表明，AgNPs@PANI纳米复合材料成功地被固定在ITO电极表面，且其结构具有良好的导电性和多孔性，有利于aptamer探针的结合和信号的增强。

为了进一步优化aptasensor的性能，研究团队系统地考察了多个关键参数，包括aptamer探针的浓度、在聚苯胺表面的自组装时间、靶标与探针结合的最适温度以及电化学检测溶液的pH值。实验结果表明，当探针浓度为200 nM时，能够获得最大的电流密度变化（Δj），这被选为最优浓度。自组装时间的最佳值为2小时，因为在这段时间内，探针能够形成稳定的共价键并有效结合。同时，靶标与探针的结合最适温度为298 K，过高或过低的温度都会影响结合效率。在pH值方面，选择7.4的生理条件作为最优pH值，以确保检测信号的稳定性和准确性。

通过差示脉冲伏安法（DPV）对aptasensor的分析性能进行了评估，其线性范围和检测限分别为1 aM至1 pM以及1.46 aM。在人工加入的血浆样本中，回收率的范围为91.2%-116.4%，这表明该传感器在复杂生物介质中仍能保持良好的性能。此外，通过t检验和95%置信区间（CI）的统计分析，验证了检测结果的准确性和重复性，表明该aptasensor在实际应用中具备可靠的性能。

本研究的成果表明，AgNPs@PANI纳米复合材料在提高miR-21检测的灵敏度和分析性能方面具有显著优势。相比于其他已报道的电化学传感器，该aptasensor不仅具备更低的检测限，还能够在血浆样本中保持良好的选择性和稳定性。这种信号开启的检测机制使得传感器在检测过程中更加简便和灵敏，具有广阔的应用前景。此外，该aptasensor的构建过程相对简单，成本较低，适合在临床和研究环境中推广使用。

综上所述，这项研究为癌症的早期诊断和临床监测提供了一种新的解决方案。通过结合AgNPs的高导电性和PANI的结构特性，该aptasensor在检测miR-21方面展现出超高的灵敏度和广泛的线性范围。同时，其在复杂生物介质中的表现也证明了其在实际应用中的可行性。这些成果不仅推动了电化学传感器在生物标志物检测领域的应用，也为癌症的无创诊断提供了新的思路。未来，随着技术的不断进步，这种类型的传感器有望在更多临床场景中得到应用，为精准医疗和疾病监测提供强有力的支持。