基于PS-b-PAA薄膜架构的先进电化学阻抗免疫传感器，用于灵敏检测甲胎蛋白

《Microchemical Journal》：Advanced electrochemical impedance immunosensor based on PS-b-PAA film architecture for sensitive alpha-fetoprotein detection

基于PS-b-PAA薄膜与B-SA放大策略的无标记电化学阻抗免疫传感器，实现了高灵敏度AFP检测（检测限0.02 ng/mL，线性范围0.05-300 ng/mL），并验证了其在真实人血清中的稳定性和与ELISA的一致性。

　　本研究聚焦于开发一种基于聚苯乙烯-聚丙烯酸（PS-b-PAA）薄膜和生物素-链霉亲和素（B-SA）放大策略的无标记电化学阻抗免疫传感器，用于高效检测甲胎蛋白（AFP）。AFP作为一种重要的肿瘤生物标志物，广泛应用于肝癌及其他疾病的早期诊断、病情监测和治疗效果评估。然而，传统检测方法在灵敏度、检测速度和特异性方面存在局限，亟需一种更先进的技术手段来提升检测性能。因此，本研究致力于构建一种新型的电化学传感器，以实现对AFP的快速、高灵敏度检测。

PS-b-PAA作为一种具有丰富羧基功能团的两亲性嵌段共聚物，具备优异的生物相容性和可调控的微孔结构，使其成为构建高性能生物传感器的理想材料。通过调整聚合物浓度、湿度和旋涂速度等参数，可以精确控制薄膜的微孔结构，从而提高其对生物分子的吸附能力。同时，PS-b-PAA薄膜在电极表面展现出良好的附着力，有助于提升传感器的长期稳定性和机械可靠性。此外，该材料的制备过程具有模块化、可扩展性和高可重复性，为大规模生产和应用提供了技术基础。

在本研究中，研究人员利用PS-b-PAA薄膜的独特性质，结合B-SA系统，构建了一种高效的抗体固定化平台。B-SA系统通过其多价结合特性，能够同时固定多个生物素标记的抗体分子，并保持其空间构型的完整性，确保抗原结合区域的活性和可及性。这种结构不仅提高了抗体的固定效率，还有效降低了非特异性吸附现象，从而增强了传感器的灵敏度和特异性。实验结果表明，B-SA系统显著提升了检测信号，使传感器的灵敏度提高了约2.19倍。

为了进一步优化传感器性能，研究人员采用了电化学阻抗谱（EIS）技术，利用电极/电解质界面处的电荷转移电阻变化来监测AFP的结合情况。EIS技术具有非破坏性、实时性和高灵敏度的优势，能够在不使用额外标记物的情况下，实现对目标分子的准确检测。通过将生物素标记的AFP抗体固定在PS-b-PAA薄膜表面，并结合链霉亲和素的高亲和力，研究人员成功构建了一个具有高选择性和灵敏度的免疫识别界面。实验数据显示，该传感器在0.05 ng/mL至300.00 ng/mL的浓度范围内表现出良好的线性响应，并且其检测下限达到了0.02 ng/mL，这表明该传感器在低浓度AFP检测方面具有显著优势。

在实际应用方面，研究人员还测试了该传感器在真实人血清样本中的表现，结果表明其性能与酶联免疫吸附测定（ELISA）相当，具有良好的重复性和长期稳定性。这一结果验证了该传感器在临床诊断中的潜在应用价值，尤其是在肝癌早期筛查和诊断中。由于AFP在慢性肝炎和肝硬化患者中常出现异常升高，因此开发一种能够快速、准确检测AFP的传感器，对于疾病的早期发现和干预具有重要意义。

本研究的创新之处在于将PS-b-PAA薄膜与B-SA系统相结合，构建了一种新型的无标记电化学阻抗免疫传感器。与传统方法相比，该传感器不仅提高了检测灵敏度，还缩短了检测时间，减少了试剂用量，并降低了对干扰物质的敏感性。这些优势使其在临床检测和生物分析领域具有广阔的应用前景。此外，PS-b-PAA薄膜的可调控性也为未来设计更复杂的生物传感器提供了可能性，例如通过调整薄膜的微孔结构来适应不同类型的生物分子检测需求。

从材料科学的角度来看，PS-b-PAA薄膜的制备过程体现了纳米材料在生物传感领域的应用潜力。通过调控薄膜的微孔结构，可以显著提高其表面积，从而增强生物分子的吸附能力和信号传递效率。这种策略不仅适用于AFP的检测，还可以推广至其他生物分子的分析，为开发多功能、高灵敏度的生物传感器提供了新的思路。同时，PS-b-PAA薄膜的高附着力和稳定性也为其在实际应用中的可靠性提供了保障。

从生物技术的角度来看，B-SA系统的引入极大地提升了传感器的检测性能。链霉亲和素与生物素之间的特异性结合能力使得该系统能够实现高效的信号放大，同时保持抗体的空间构型，确保其与抗原的结合效率。这种多价结合模式在生物传感领域具有广泛的应用，不仅能够提高检测灵敏度，还能增强传感器的抗干扰能力。例如，在一些研究中，B-SA系统被用于构建高灵敏度的荧光免疫传感器和电化学免疫传感器，以检测低浓度的生物分子。这些研究表明，B-SA系统在提升传感器性能方面具有重要作用。

在临床诊断方面，AFP的检测需求日益增长，尤其是在肝癌的早期筛查中。由于AFP的浓度在健康人群中通常较低，因此需要一种高灵敏度的检测方法，以确保在低浓度下仍能准确识别目标分子。本研究开发的传感器恰好满足了这一需求，其检测下限仅为0.02 ng/mL，远低于传统方法的检测限。此外，该传感器在实际样本中的检测结果与ELISA方法一致，表明其在临床应用中的可靠性。这一成果为肝癌的早期诊断提供了新的工具，有助于提高疾病筛查的准确性和效率。

从技术实现的角度来看，本研究的传感器设计和构建过程涉及多个关键步骤。首先，通过旋涂法制备PS-b-PAA薄膜，并通过扫描电子显微镜（SEM）对其微孔结构进行表征。SEM图像显示，薄膜在不同湿度条件下呈现出有序的微孔结构，孔径大小可调，这为后续的抗体固定化提供了良好的基础。其次，通过化学偶联方法将链霉亲和素固定在薄膜表面，使其能够与生物素标记的AFP抗体结合。最后，利用EIS技术对传感器进行性能评估，通过测量电荷转移电阻的变化来判断AFP的浓度。整个过程不仅需要精确的材料选择和制备工艺，还需要对传感器的性能进行系统的优化和验证。

在实际应用中，该传感器的优势在于其无标记操作和快速检测能力。传统的生物检测方法通常需要使用标记物（如酶、荧光染料等），这不仅增加了检测成本，还可能引入额外的干扰因素。相比之下，本研究的传感器无需标记物，能够直接检测AFP分子，简化了检测流程，提高了检测效率。此外，EIS技术能够在短时间内完成检测，适用于大规模样本的快速筛查。这些特点使得该传感器在临床诊断和环境监测等领域具有重要的应用价值。

从研究意义来看，本研究不仅为AFP的检测提供了一种新的方法，也为其他肿瘤生物标志物的检测提供了借鉴。通过将先进的纳米材料与经典的生物分子识别技术相结合，研究人员成功开发了一种高性能的电化学免疫传感器。这种跨学科的研究方法为生物传感器的设计和开发提供了新的思路，推动了纳米材料在生物医学领域的应用。此外，该研究还强调了材料结构调控在提高传感器性能方面的重要性，为未来的研究提供了理论和技术支持。

综上所述，本研究开发的基于PS-b-PAA薄膜和B-SA系统的无标记电化学阻抗免疫传感器，在AFP检测中表现出优异的性能。其高灵敏度、快速响应和良好的重复性，使其在临床诊断和生物分析领域具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步探索该传感器在其他生物分子检测中的应用，同时优化其制备工艺，以提高其在实际应用中的稳定性和可靠性。此外，该研究也为生物传感器的设计和开发提供了新的思路，推动了纳米材料与生物技术的深度融合。