分层石墨烯/金/聚苯胺纳米结构电极用于幽门螺杆菌的双模电化学LAMP生物传感

《Analytical Chemistry》：Hierarchical Graphene/Au/Polyaniline Nanostructured Electrode for Dual-Modality Electrochemical LAMP Biosensing of Helicobacter pylori

幽门螺杆菌（HP）感染与90%以上胃癌相关，现有检测方法存在假阴性率高、操作复杂等问题。本研究开发了一种新型电化学LAMP生物传感平台，通过多层电极（石墨烯/金纳米结构/PANI）实时监测HP DNA扩增产生的pH变化，实现1 copy/μL的高灵敏度检测，并验证了其与临床结果的强相关性。

　　胃癌（GC）是一种全球范围内发病率较高的恶性肿瘤，其高致死率和较差的预后使得早期诊断变得尤为关键。据世界卫生组织的统计，全球约有1/5的患者在确诊后能存活超过5年，而胃癌仍然是导致癌症相关死亡的第四大原因。尽管已知多种风险因素，如饮食习惯、肥胖、吸烟以及某些病毒感染和自身免疫性疾病，但*Helicobacter pylori*（HP）感染仍然是胃癌的主要致病因素。全球范围内有超过43亿人受到HP感染，而HP感染与胃癌的关联性已被国际癌症研究机构（IARC）确认为“必要但不充分”的因素，即约90%的胃癌病例与HP感染相关。因此，快速而准确的诊断对于改善患者的预后至关重要。

目前，HP的检测方法主要包括胃镜检查、快速尿素酶试验、血清抗体检测、粪便抗原检测以及聚合酶链式反应（PCR）等。然而，这些方法各自存在一定的局限性。胃镜检查虽然能够直接评估症状并进行后续分析，但其侵入性较强，容易引发患者的不适，从而影响其接受度。血清抗体检测虽然便于操作，但抗体的持续存在使得无法准确反映当前感染状态。粪便抗原检测则容易受到样本变异性的影响，导致假阴性结果增多。而PCR虽然具有高特异性和定量检测能力，但需要专门的设备和复杂的操作流程，限制了其在资源匮乏地区或基层医疗单位的应用。

为了克服这些挑战，研究者们开发了多种非侵入性检测方法，例如基于同位素的13C呼吸试验和LAMP技术。然而，这些方法也存在各自的不足。13C呼吸试验虽然间接检测HP的尿素酶活性，但易受其他尿素酶产生菌的影响，导致假阳性结果，同时还需要昂贵的设备。而LAMP技术虽然具有高灵敏度和快速反应的特点，但其在实际应用中仍面临一些问题，如需要复杂的样本处理步骤和高成本的设备支持。

针对上述问题，本研究提出了一种新型的双模式电化学LAMP生物传感平台，旨在实现HP感染的快速、准确、非侵入性检测。该平台结合了电化学技术的高灵敏度和LAMP技术的高特异性，能够通过监测LAMP过程中产生的pH变化，实现对HP DNA浓度的定量分析。该平台采用了一种多层结构的生物芯片，由底层的丝网印刷碳电极（SCPE）依次修饰酸功能化的sp2石墨烯（Gr）、针状金微结构（Au）以及pH敏感的聚苯胺（PANI）组成。这种结构设计不仅提高了电化学性能，还使得生物芯片具备良好的用户友好性和便携性，非常适合在点对点（POC）环境中使用。

为了确保检测的准确性和稳定性，研究团队引入了一种分段检测模式。在这一模式下，样本被分为多个小份，分别进行LAMP扩增，随后将扩增后的溶液滴加到生物芯片的反应室中，以减少反应液与电极的长期相互作用，从而降低信号漂移，提高检测的灵敏度和重复性。此外，研究团队还通过多种物理和化学手段对生物芯片进行了全面的表征，包括表面形貌分析、元素组成检测以及电化学性能评估。这些分析结果验证了生物芯片的结构优化和性能提升。

实验结果显示，该生物芯片能够在广泛的检测范围内（1至10? copies/μL）实现高灵敏度检测，最低检测限（LOD）达到1 copy/μL。同时，该平台在临床样本中的表现与传统荧光定量PCR结果高度一致，进一步证明了其在实际应用中的可行性。此外，该生物芯片的设计使得检测过程更加简便，不需要复杂的设备或操作流程，非常适合在资源有限的地区推广使用。通过这一研究，团队成功开发了一种能够有效提升HP检测效率和准确性的新型生物传感平台，为胃癌的早期诊断和预防提供了新的工具。