纸张的重要性：基于纸张的基底在液体活检诊断中用于增强生物分子预浓缩的技术评估

《Analytical Chemistry》：Paper Matters: Technical Evaluation of Paper-Based Substrates for Enhanced Preconcentration of Biomolecules in Liquid Biopsy Diagnostics

生物标志物检测灵敏度提升20倍，开发3D折纸毛细管预浓缩装置，对比纤维素基材性能，优化多层结构实现高效分子筛分，适用于miRNA、DNA和蛋白质检测，无外部设备，适用于点-of-care诊断。

　　在当前的医学研究与临床诊断领域，疾病标志物的早期检测仍然是一个重大挑战。许多关键的生物分子，如微小RNA（miRNA）、DNA、循环肿瘤细胞以及蛋白质，具有极高的临床价值，因为它们能够提供关于疾病发生、发展、治疗反应及预后的重要信息。然而，这些分子在生物体液中的浓度往往极低，特别是在疾病早期阶段，这使得它们的检测变得困难。传统的预浓缩方法虽然能提高检测灵敏度，但通常需要额外的仪器、复杂的操作流程以及昂贵的材料，限制了其在资源有限环境中的应用。因此，开发一种简单、低成本、无需外部设备的预浓缩技术显得尤为重要。

本文提出了一种基于纸张的预浓缩平台，该平台利用纸张的毛细作用实现样本的自发运输与富集。通过将不同类型的纸张（如Whatman 1号、Whatman 4号以及商用实验室滤纸）与3D折纸结构相结合，构建了一种具有多层结构的预浓缩装置。这种设计不仅能够实现高效的样本富集，还能与多种检测方法（包括肉眼显色检测、电化学检测和比浊法）相结合，从而提升不同分子类型的检测灵敏度。在实验中，研究团队通过一系列测试验证了该平台的有效性，并发现不同纸张的物理特性（如纤维直径、孔径和孔隙分布）对预浓缩效果具有显著影响。

研究结果显示，商用实验室滤纸（CFP）在毛细作用和预浓缩效率方面表现最佳，相较于Whatman 1号和Whatman 4号纸张，其在信号强度和样本回收率方面均具有明显优势。CFP的纤维较宽，孔隙较大，这有助于更快的液体流动和更高效的样本富集。此外，CFP在干燥过程中能够有效减少“咖啡环效应”，使得样本在纸张表面分布更加均匀，从而提高检测的可重复性和灵敏度。通过将10层CFP纸张折叠成垂直结构，使得样本在干燥后能够被快速回收并重新水合，最终集中于底部的预浓缩区域。

为了进一步验证该平台的性能，研究团队还测试了不同类型的生物分子，包括短链和长链DNA、miRNA以及蛋白质。实验表明，该预浓缩平台能够实现高达20倍的miRNA检测灵敏度提升，仅需30秒的水合时间；对于短链和双链DNA，其预浓缩效率可达10倍；而对于较大的蛋白质分子，预浓缩效果约为2倍。这些结果表明，该平台在处理不同分子大小的生物标志物时具有高度的灵活性和适用性，能够在保持检测灵敏度的同时，减少操作步骤和设备依赖。

此外，研究团队还对CFP纸张进行了物理表征，包括扫描电子显微镜（SEM）分析和形态学评估。SEM图像显示，CFP纸张的纤维结构与孔隙分布与其他两种纸张存在明显差异，这种结构有助于更快的液体流动和更均匀的样本分布。结合电化学检测，CFP纸张在预浓缩后能够显著提升信号强度，使得miRNA检测灵敏度达到18倍。这种性能在生理相关条件下同样适用，能够有效克服复杂生物样本中常见的基质效应，使得无需额外预处理步骤即可进行检测。

在实际应用方面，该预浓缩平台不仅适用于实验室环境，也能够满足现场诊断（POC）的需求。其操作简便、成本低廉，能够实现样本的快速富集与检测，从而为疾病的早期诊断和实时监测提供新的工具。此外，该平台的可编程性和模块化设计使其能够与多种检测方法兼容，进一步增强了其在生物分析中的适应性和潜力。

综上所述，基于纸张的预浓缩技术为分子诊断和液体活检提供了新的解决方案。它不仅能够提高检测的灵敏度，还能在不依赖昂贵设备和复杂操作的前提下，实现样本的快速富集与分析。这一技术的发展为资源有限环境中的疾病检测和实时治疗监测提供了新的可能性，未来有望进一步扩展其应用范围，包括对其他生物分子如外泌体和抗体的检测，以及在更多生物样本（如血液、尿液和实际PCR扩增的DNA）中的使用。