类红细胞结构的BiVO4与双功能纳米酶复合的双信号输出电化学免疫传感器：实现CA19-9的精准超灵敏检测

《Talanta》：Erythrocyte-like BiVO 4 and bifunctional-nanozyme based dual-signal output electrochemical immunosensor: Enabling the precise and ultrasensitive detection of CA19-9

CA19-9早期筛查的双信号电化学免疫传感器研究，采用PPy-BiVO4复合电极和Cu2S-PtPd纳米酶实现高灵敏度检测（DPV检测限0.00017 U/mL，i-t检测限0.00011 U/mL），具有宽线性范围（0.001-150 U/mL）、优异选择性和稳定性，适用于胰腺癌早期诊断。

　　本文介绍了一种用于检测胰腺癌生物标志物CA19-9的双信号输出电化学免疫传感器。该传感器结合了聚吡咯纳米管（PPy NTs）与BiVO?以及Cu?S-PtPd纳米酶的复合结构，以实现对CA19-9的高灵敏度、高选择性和高稳定性的检测。研究背景指出，CA19-9在健康人群中含量较低，但在胰腺癌患者体内会显著升高，因此它在辅助诊断中具有重要价值。然而，现有的检测方法在灵敏度、选择性和操作简便性方面仍存在一定的局限性，这促使科研人员开发更为高效、便捷的检测手段。

为了提升检测效率，研究人员设计了一种双信号输出的电化学免疫传感器。这种传感器通过将两种不同的信号检测方法结合，可以有效降低外界干扰对检测结果的影响，提高检测的可靠性。PPy-BiVO?复合材料的制备是该传感器的重要组成部分，BiVO?因其良好的光电化学性能而被选为基底材料，同时具有非毒性、低成本和易于制备的优点。通过一锅水热法合成的类似红细胞结构的BiVO?，其表面经过APTES功能化处理，从而能够更好地结合PPy NTs，形成具有高导电性的复合材料。PPy NTs的加入不仅增强了材料的导电性能，还为后续的信号放大提供了良好的基础。

另一方面，Cu?S-PtPd纳米酶的制备同样关键。研究人员采用水热法合成具有雪花状结构的Cu?S纳米颗粒，并在其表面负载大量的PtPd纳米颗粒。这种复合结构的纳米酶具有优异的催化活性，能够有效地催化过氧化氢的分解，生成羟基自由基。羟基自由基进一步与邻苯二胺（OPD）反应，生成中间产物，这些中间产物通过静电相互作用附着在Cu?S-PtPd纳米酶表面，从而实现自催化氧化，提升信号放大效果。这种双信号输出策略显著提高了传感器的灵敏度和检测效率。

实验结果显示，该免疫传感器在差分脉冲伏安法（DPV）检测中，检测范围为0.001–100 U/mL，检测限为0.00017 U/mL；而在恒电流法（i-t）检测中，检测范围为0.001–150 U/mL，检测限为0.00011 U/mL。这表明该传感器在低浓度范围内的检测能力尤为突出，适用于早期筛查和诊断。此外，该传感器在实际人血清样本分析中表现出良好的回收率和稳定性，说明其在临床应用中的潜力。

在材料表征方面，研究人员通过能量色散光谱（EDS）和X射线衍射（XRD）对合成的BiVO?进行了分析。EDS结果确认了Bi、V和O元素的存在，而XRD图谱则显示了BiVO?的特征峰，表明其结构符合预期。同时，XRD图谱中还出现了Bi?O?的峰，说明在高温烧结过程中可能发生了部分氧化反应。这些表征结果为后续的性能评估提供了重要的理论依据。

研究团队还对Cu?S-PtPd纳米酶的结构和性能进行了详细分析。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察到Cu?S纳米颗粒呈现出雪花状的晶体结构，这种结构不仅增加了比表面积，还为PtPd纳米颗粒的负载提供了更多的结合位点。此外，研究人员还通过XRD分析了Cu?S-PtPd复合材料的晶体结构，确认了其良好的催化性能。这些表征手段共同证明了所制备材料的结构特点和功能优势。

从实际应用的角度来看，该免疫传感器在临床诊断中具有重要意义。其高灵敏度和低检测限使得即使在CA19-9浓度较低的情况下也能准确检测，有助于实现胰腺癌的早期发现。同时，传感器的高选择性和稳定性减少了假阳性和假阴性结果的可能性，提高了诊断的准确性。此外，该传感器的操作流程相对简单，成本较低，适用于大规模筛查和快速诊断。这些特性使其在临床医学领域具有广泛的应用前景。

该研究还探讨了材料的修饰策略。通过将PPy NTs锚定在BiVO?表面，研究人员不仅提高了传感器的导电性能，还增强了其对目标分子的捕获能力。PPy NTs的高比表面积和良好的导电性为信号的高效传递提供了保障。同时，BiVO?作为基底材料，其表面功能化处理使得PPy NTs能够更稳定地结合，从而提升整个传感器的性能。

在构建纳米酶信号放大系统方面，研究人员采用了多种策略。首先，通过在Cu?S表面负载PtPd纳米颗粒，形成了具有双功能的纳米酶复合材料。这种复合材料不仅具备Cu?S的高比表面积和良好的催化活性，还结合了PtPd纳米颗粒的优异导电性和催化性能。其次，通过Pt-S和Pd-S共价键的结合方式，确保了PtPd纳米颗粒能够牢固地附着在Cu?S表面，从而避免了在检测过程中发生脱落或迁移。这种稳定的结合方式提高了纳米酶在实际应用中的可靠性。

实验结果表明，该免疫传感器在检测CA19-9时表现出良好的线性关系和检测能力。在DPV检测中，传感器的线性范围为0.001–100 U/mL，而i-t检测的线性范围则扩展至0.001–150 U/mL。这说明该传感器在不同浓度范围内均能保持较高的检测精度。同时，其检测限非常低，分别为0.00017 U/mL和0.00011 U/mL，表明其在低浓度检测方面具有显著优势。

除了检测性能外，该传感器在稳定性、重复性和特异性方面也表现出色。在多次重复测试中，传感器的检测结果保持一致，说明其具有良好的重复性。此外，传感器在不同环境条件下仍能保持稳定的检测性能，表明其具有较高的耐用性。在特异性方面，该传感器能够有效区分CA19-9与其他可能干扰检测的物质，从而提高了检测的准确性。

从应用角度来看，该免疫传感器不仅适用于胰腺癌的早期筛查，还可以推广到其他癌症和疾病的生物标志物检测中。由于其结构设计合理、性能优越，该传感器有望成为一种新型的、高效的检测工具。同时，该研究也为未来的生物传感器开发提供了新的思路和方法，尤其是在提高检测灵敏度和降低检测成本方面。

在实验过程中，研究人员采用了多种表征手段，包括EDS、XRD、SEM和TEM等，以确保所制备材料的结构和性能符合预期。这些表征结果不仅验证了材料的合成过程，还为后续的性能评估提供了依据。通过这些手段，研究人员能够全面了解材料的物理和化学特性，从而优化传感器的设计和性能。

此外，该研究还强调了纳米材料在生物传感器中的应用潜力。通过合理设计和合成纳米材料，可以显著提升传感器的灵敏度和选择性。例如，BiVO?作为基底材料，其表面的高比表面积和良好的光电化学性能为信号的高效传递提供了保障；而Cu?S-PtPd纳米酶则通过其独特的催化机制实现了对目标分子的有效富集和信号放大。这些材料的结合不仅提高了检测的准确性，还为未来的生物传感器研究提供了新的方向。

该研究的创新点在于其双信号输出的设计理念。通过结合两种不同的检测方法，研究人员有效降低了外界因素对检测结果的干扰，提高了传感器的可靠性。这种设计理念不仅适用于CA19-9的检测，还可以推广到其他生物标志物的检测中，为多目标检测提供了一种新的思路。同时，这种双信号输出策略也有助于提高检测的抗干扰能力，使得传感器在复杂样本中的应用更加广泛。

在实际应用中，该免疫传感器可以用于医院、研究机构和基层医疗单位等多种场景。其操作简便、成本低廉的特点使其在资源有限的地区也能得到广泛应用。此外，该传感器的高灵敏度和低检测限使得其能够检测到极低浓度的CA19-9，从而提高早期诊断的可能性。这在胰腺癌等恶性肿瘤的筛查中具有重要意义，因为早期发现往往能够显著提高患者的生存率。

研究团队在实验设计和数据分析方面也做了大量工作。通过优化实验条件，如反应温度、时间、试剂浓度等，研究人员确保了传感器在最佳状态下运行。此外，通过对比不同检测方法的性能，研究人员能够全面评估该传感器的优势和局限性。这些实验不仅验证了传感器的有效性，还为其在实际应用中的优化提供了依据。

从研究意义来看，该免疫传感器的开发不仅推动了胰腺癌的早期诊断技术，还为其他疾病生物标志物的检测提供了新的思路和方法。随着生物传感器技术的不断发展，未来可能会有更多类似的创新技术出现，从而进一步提高疾病检测的效率和准确性。同时，该研究也为材料科学、化学和生物医学工程等领域的交叉融合提供了新的研究方向。

综上所述，该研究通过合理设计和合成材料，构建了一种高效的双信号输出电化学免疫传感器，用于检测CA19-9。该传感器在灵敏度、选择性、稳定性和重复性等方面均表现出色，具有广阔的应用前景。未来，随着技术的不断进步和优化，这种传感器有望在临床诊断和疾病监测中发挥更大的作用。