通过阴影掩模技术制备一次性薄膜电极，用于灵敏地检测C反应蛋白（一种败血症生物标志物）在即时护理中的应用

《ACS Omega》：Fabrication of Disposable Thin-Film Electrodes via Shadow Mask Technique for Sensitive Point-of-Care Detection of C-Reactive Protein, a Sepsis Biomarker

快速制备并评估了薄 film电极（TFEs）在CRP检测中的应用，采用影印技术替代传统光刻工艺，通过PVD沉积金、钛和银层构建三电极系统，表面粗糙度较传统印刷电极降低9倍，电化学性能更优，检测限达6.5 pg/mL，并在真实血清中验证了高灵敏度和特异性。

　　点对点检测（Point-of-care testing, POC）在医疗领域具有重要意义，尤其在快速诊断和治疗决策中。对于像败血症这样的严重疾病，快速而准确地检测关键生物标志物能够显著提高患者的生存率和治疗效果。败血症是一种由免疫系统对感染的强烈反应引发的危及生命的病症，其过程可能导致全身性炎症反应。因此，开发一种能够快速检测败血症相关生物标志物的便携式检测设备成为研究的重点。

近年来，薄层电极（Thin-film Electrodes, TFEs）在生物传感领域受到广泛关注。TFEs相比传统的丝网印刷电极（Screen-printed Electrodes, SPEs）具有许多优势，包括更高的灵敏度、更低的检测限以及更优的表面特性。然而，TFEs的制造工艺通常较为复杂，需要使用高纯度材料和专门的设备，如光刻机和洁净室，这限制了其在实际应用中的普及。因此，研究者们正在探索更简便、快速的制造方法，以提高TFEs的可及性和适用性。

本研究提出了一种使用影印掩模技术在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）基底上制造多材料、薄层、可重复使用的电极的新方法。这种方法利用了市面上常见的聚氯乙烯（PVC）贴纸作为一次性影印掩模，避免了传统光刻工艺的高成本和复杂性。通过这种简便的工艺，成功制备了一个包含工作电极（WE）、对电极（CE）和参比电极（RE）的三电极系统。该方法的可行性通过一系列实验验证，包括电化学性能测试和实际血清样本的检测。

TFEs的制造过程包括在基底上沉积20纳米的钛（Ti）和120纳米的金（Au），分别用于WE和CE，而RE则通过沉积钛和银（Ag）来完成。这些电极在电子显微镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）和能谱分析（EDS）下表现出不同的表面形貌、粗糙度和元素组成。与SPEs相比，TFEs的表面更加光滑，粗糙度显著降低，这有助于提高电子转移效率和灵敏度。此外，TFEs的制造材料选择更加灵活，可以使用金、银等高纯度金属，从而提高电极的性能。

在生物传感应用中，电极的表面修饰对于提高检测性能至关重要。本研究使用了一种特异性抗体适配体（aptamer）进行CRP的检测，通过化学修饰确保其在电极表面的稳定性。适配体通过硫醇基团与金电极表面结合，形成稳定的结合层。这种修饰方法不仅提高了检测的特异性，还减少了非特异性吸附的干扰。通过一系列实验，包括循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS），验证了TFEs在检测CRP方面的性能。

CV和EIS结果表明，TFEs在检测CRP时表现出良好的电化学性能。在适配体修饰的电极上，CRP的浓度与最大峰电流之间存在显著的线性关系，检测限为6.5皮克/毫升（pg/mL），这表明其具有极高的灵敏度。此外，TFEs在实际血清样本中的检测结果与预期值非常接近，回收率在110%到124%之间，相对标准偏差（RSD）在0.15%到3.81%之间，这进一步证明了其在复杂生物样本中的可靠性。

本研究还评估了TFEs在长期稳定性方面的表现。通过在室温下存储电极并定期测试其对固定CRP浓度的响应，结果显示电极在21天内仍能保持92.1%的初始信号。这表明TFEs不仅在短期使用中表现出色，而且在长期使用中也具有良好的稳定性。此外，通过比较不同非目标蛋白（如TNF-α、IL-6和BSA）的响应，进一步验证了TFEs在检测CRP时的高选择性。

综上所述，本研究提出了一种新的、简便且快速的TFEs制造方法，具有重要的应用前景。通过使用PVC贴纸作为一次性影印掩模，避免了传统光刻工艺的复杂性和高成本，成功制备了一个三电极系统。TFEs在电化学性能测试中表现出优异的性能，具有更高的灵敏度和更低的检测限。此外，TFEs在实际血清样本中的检测结果表明其具有良好的适用性和可靠性。这些结果不仅为败血症的快速诊断提供了新的工具，也为其他生物标志物的检测开辟了新的方向。