基于经过金纳米颗粒改性的丝网印刷电极的电化学免疫传感器，用于高灵敏度检测TGF-α

《Talanta Open》：Electrochemical Immunosensor Based on Screen-Printed Electrodes Modified with Gold Nanoparticles for Highly Sensitive Detection of TGF-α.

Transforming Growth Factor Alpha (TGF-α)检测用电化学免疫传感器的开发与性能验证，采用SPCE电极通过AuNPs修饰和EDC-NHS化学偶联实现抗体固定，检测限0.35 pg/mL，线性范围1-1000 pg/mL，特异性高且稳定性优异，为临床点检提供新方法。

　　TGF-α，即转化生长因子α，是一种在多种病理状态和疾病中起关键作用的生物标志物。它与细胞增殖、分化、组织修复以及一些癌症和炎症性疾病密切相关。TGF-α通过与表皮生长因子受体（EGFR）结合，参与细胞信号传导过程，从而在肿瘤的发展过程中发挥重要作用。这种生长因子在促进细胞增殖、抑制细胞凋亡以及推动肿瘤生长方面有显著影响，同时也与血管生成和上皮-间质转化（EMT）等过程相关，这些过程是癌症转移的关键因素。因此，TGF-α的检测对于疾病的早期诊断、预后评估以及治疗监测具有重要意义。

在医学实践中，TGF-α的准确检测是至关重要的。由于其在多种疾病中表达水平的变化，如胃癌和乳腺癌等，TGF-α水平的升高往往预示着疾病的发展和恶化。此外，TGF-α在慢性炎症和组织修复过程中也扮演重要角色，因此其检测还能够帮助医生评估炎症性肠病的活动性与静止状态，预测并发症或病情加重的风险。然而，TGF-α的检测面临挑战，特别是在低浓度水平时，传统方法如酶联免疫吸附测定（ELISA）和放射免疫分析法（RIA）存在成本高、操作复杂以及检测时间长等问题，难以满足临床快速检测的需求。

鉴于这些挑战，研究者们正在探索更高效、灵敏和经济的检测方法。其中，电化学免疫传感器因其高灵敏度、快速响应和低成本而成为一种有前景的替代方案。电化学免疫传感器利用免疫识别的特异性以及电化学信号转换的灵活性，能够实现对目标分子的定量和选择性检测。在本研究中，研究人员开发了一种基于金纳米材料的高灵敏度和选择性的电化学免疫传感器，用于TGF-α的检测。

金纳米材料因其独特的物理化学性质，如较大的比表面积和优良的电子传输性能，被广泛应用于生物传感器的构建中。金纳米颗粒（AuNPs）能够增强电化学信号的响应，使得在检测过程中，由于分析物结合导致的微小变化更加明显和易于区分。在本研究中，通过EDC-NHS化学方法将单克隆抗TGF-α抗体固定在经过金纳米材料修饰的印刷碳电极（SPCE）表面，从而构建了TGF-α免疫传感器。这种修饰方法不仅提高了电极的电子传输效率，还增加了抗体的结合位点，有助于提高传感器的灵敏度和选择性。

为了确保免疫传感器的性能，研究人员对金纳米材料进行了详细的表征，包括透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见光谱（UV-Vis）以及动态光散射（DLS）和Zeta电位分析。这些方法帮助确认了纳米材料的形态、尺寸以及表面特性，为后续的电化学检测提供了可靠的依据。金纳米颗粒的直径在24-37纳米之间，显示出良好的球形结构和低聚散度，这有助于其在生物传感中的稳定性和可重复性。

在电极修饰过程中，使用了含有羧基的聚乙二醇（COOH-PEG-SH）溶液，该溶液在EDC-NHS化学激活后，能够与金纳米颗粒形成稳定的Au-S键。通过这种共价结合方式，抗体能够牢固地固定在电极表面，从而提高传感器的稳定性和特异性。为了进一步减少非特异性吸附，研究者还使用了牛血清白蛋白（BSA）作为封闭剂。经过这些步骤，构建的免疫传感器不仅具备良好的电化学性能，还能够实现对TGF-α的高灵敏度和高选择性检测。

为了评估传感器的性能，研究人员进行了多种电化学测试，包括循环伏安法（CV）和X射线光电子能谱（XPS）。CV测试显示，随着TGF-α浓度的增加，电流响应逐渐降低，表明传感器能够有效识别目标分子。XPS分析进一步确认了电极表面的化学修饰，显示出金、硫、碳和氧等元素的特征峰，这些峰与抗体的固定和电化学信号的转换密切相关。此外，研究人员还对传感器的温度和pH响应进行了研究，以确定其在不同环境条件下的稳定性。结果显示，传感器在接近生理温度（37°C）和pH值（7.5）下表现出最佳性能，这表明其适用于生物医学和临床检测。

为了进一步优化传感器的性能，研究人员还进行了扫描速率和电极响应的测试。结果表明，随着扫描速率的增加，电流响应也相应增加，这表明传感器的电化学反应机制与吸附控制有关。此外，传感器的线性范围较广，能够检测TGF-α的浓度从1到1000 pg/mL，显示出其在不同浓度范围内的适用性。同时，传感器的检测限为0.35 pg/mL，这表明其能够检测非常低浓度的TGF-α，从而提高疾病的早期诊断能力。

在选择性研究中，研究人员评估了免疫传感器对其他常见干扰物质的响应，包括TGF-β、葡萄糖、尿酸、抗坏血酸和胆固醇。结果显示，所有干扰物质的响应均低于17%，这表明传感器具有较高的选择性。此外，通过单因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验，进一步验证了传感器对TGF-α的显著响应，与其他分子的响应差异明显。这表明，免疫传感器能够在复杂生物样本中准确识别TGF-α，而不会受到其他分子的显著干扰。

在重复性和稳定性方面，研究人员对传感器进行了多日测试，发现其在4°C下储存一周后仍能保持约98%的原始响应，表明其具有良好的长期稳定性。此外，重复测试的结果显示，传感器在不同时间点的响应保持高度一致，说明其具有良好的可重复性和可靠性。这些结果表明，该免疫传感器不仅在实验室条件下表现优异，而且在实际应用中也具有较高的可行性。

综上所述，本研究开发的电化学免疫传感器在TGF-α的检测中表现出卓越的性能，包括高灵敏度、宽动态范围、良好的选择性和长期稳定性。该传感器能够实现对TGF-α的快速、准确和高灵敏度检测，适用于临床和诊断应用。此外，该研究为未来的传感器开发提供了重要的基础，包括多通道检测和实际生物样本的分析。未来的研究可以进一步优化传感器的性能，提高其在实际临床环境中的适用性，并探索其在更广泛疾病检测中的潜力。