通过具有双抗体夹心检测法的树突状金结构，在汗液中实现C反应蛋白的高灵敏度检测

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Highly Sensitive Detection of C-Reactive Protein in Sweat via Dendritic Gold Structure with Double-Antibody Sandwich Assay

汗液CRP非侵入式检测传感器研究：采用三维树枝状金结构电极提升表面积，结合双抗体夹心法与TH标记金纳米颗粒，实现0.5-30 ng/mL?1宽线性范围检测，灵敏度达3.26 μA/mL·ng?1，并集成柔性电路与NFC传输，适用于临床和家庭早期炎症监测。

　　这项研究开发了一种新型的非侵入式传感器，用于检测与炎症相关疾病有关的C反应蛋白（CRP）。随着对早期发现炎症性疾病需求的增加，非侵入性检测方法因其简便性和快速响应而受到越来越多的关注。CRP是一种由肝脏分泌的炎症标志物，其水平与炎症程度密切相关。因此，能够准确、快速检测CRP水平的设备，对于疾病的早期诊断和管理具有重要意义。

当前，临床实践中主要采用免疫比浊法（IT）等方法来检测血液中的CRP水平。虽然这些方法具有较高的准确性，但它们通常需要专业设备和操作人员，且具有一定的侵入性，这在家庭健康监测中存在局限。此外，血液检测的复杂性和成本也限制了其在日常健康管理中的应用。因此，开发一种非侵入、便捷、高灵敏度和高特异性的CRP检测方法成为该领域的重要研究方向。

研究表明，CRP可以通过血液渗入汗液，从而为非侵入式检测提供了新的可能性。然而，汗液中CRP的浓度相对较低，通常处于ng/mL级别，且汗液成分复杂，容易对检测造成干扰。因此，设计一种能够有效克服这些挑战的传感器是关键。本研究提出了一种基于三维枝状金结构电极的非侵入式CRP传感器，该传感器不仅提高了检测的灵敏度和特异性，还扩大了检测范围，使得在家庭和临床环境中进行早期炎症检测成为可能。

该传感器的核心在于其独特的电极结构。通过电化学方法在金电极表面原位构建三维枝状金结构，显著增加了电极的比表面积。比表面积的提升意味着更多的CRP捕获抗体（cAb）可以被固定在电极表面，从而增强了传感器对CRP的结合能力。实验结果显示，这种结构使得传感器的灵敏度达到3.26 μA mL?1，是普通金电极的3.33倍。这表明，该传感器能够有效捕捉低浓度的CRP分子，提高了检测的准确性。

为了进一步提高传感器的特异性，研究团队采用了双抗体夹心法。该方法利用cAb固定在工作电极（WE）表面，而带有信号分子硫堇（TH）的CRP检测抗体（dAb）则通过金纳米颗粒（AuNPs）进行标记。当汗液中的CRP与dAb结合后，形成一个稳定的夹心结构，进而与cAb结合。这一过程不仅提高了检测的特异性，还通过信号放大效应增强了检测的灵敏度。硫堇作为红ox分子，能够在电化学检测中产生可测量的电流信号，从而将CRP浓度转化为电信号，实现快速、准确的检测。

此外，该传感器还集成了一个汗液处理装置和一个柔性印刷电路板（FPCB）数据传输模块。汗液处理装置包括一个存储腔、S形混合通道和检测腔，能够有效收集和处理汗液样本。为了促进汗液分泌，特别是在那些运动能力受限或汗液分泌量较低的患者中，研究团队引入了一种汗液刺激水凝胶。该水凝胶能够通过电化学作用诱导离子迁移，从而局部刺激汗液的分泌。这一设计使得传感器能够在不同个体和环境下保持良好的检测性能。

数据采集模块由工作电极、参比电极、对电极和一个用于诱导汗液分泌的刺激电极组成。为了确保数据的准确性和可靠性，研究团队还采用了一种基于低功耗近场通信（NFC）技术的数据传输模块。该模块基于ADuCM355芯片，实现了对电极阵列的精确控制，并能够将检测结果无线传输至用户的移动终端。这种集成化设计不仅简化了操作流程，还提高了设备的实用性，使其更适用于家庭和临床环境中的日常监测。

在实际应用中，该传感器能够检测汗液中CRP的浓度范围为0.5-30 ng/mL，显示出较宽的线性检测范围。检测结果与医院标准仪器的检测结果具有高度的一致性，相关系数达到0.995，表明该传感器的检测精度和可靠性得到了有效保障。通过将CRP浓度转化为电信号，并结合FPCB模块进行数据处理和传输，用户可以直观地看到检测结果，从而实现对炎症相关疾病的早期预警和管理。

该传感器的开发具有重要的临床和健康价值。它不仅能够帮助医生在疾病早期进行准确的诊断，还能为患者提供一个便捷的自我监测工具。通过非侵入式检测，患者无需频繁抽血，减少了医疗资源的消耗，提高了疾病管理的效率。同时，这种可穿戴设备的设计也符合现代健康监测的发展趋势，即通过便携、智能的设备实现对健康状况的持续跟踪和管理。

此外，该研究还探讨了传感器在不同疾病中的应用潜力。例如，在心血管疾病、炎症性肠病、肺部疾病和感染性疾病等疾病的早期阶段，CRP水平通常会有所升高。通过监测CRP的变化，可以为这些疾病的早期发现和干预提供重要依据。特别是在慢性炎症疾病的管理中，CRP水平的持续监测有助于评估治疗效果和疾病的进展情况，从而为个体化治疗方案的制定提供支持。

为了确保传感器的稳定性和可靠性，研究团队还对材料的选择和制备工艺进行了深入研究。所使用的材料包括金氯化物、MES缓冲液、11-巯基十一烷酸（MUA）、EDC、6-巯基己醇（MCH）、磺酸基-NHS、磷酸盐缓冲液（PBS）、硫堇、吐温20、牛血清白蛋白（BSA）、链霉亲和素、酪氨酸、氢化可的松、肾上腺素、多巴胺、尿酸和色氨酸等。这些材料的选择不仅保证了传感器的性能，还考虑了其在实际应用中的安全性和稳定性。

研究还通过对比扫描电子显微镜（SEM）图像，验证了三维枝状金结构在电极表面的构建效果。实验结果显示，该结构显著增加了电极的比表面积，从而提高了CRP捕获抗体的结合能力。这一结构的引入不仅增强了传感器的灵敏度，还扩大了其检测范围，使其能够适应不同疾病早期阶段的CRP浓度变化。

总的来说，这项研究成功开发了一种非侵入式、高灵敏度、高特异性和宽检测范围的CRP传感器。该传感器通过结合先进的电极结构、高效的检测方法和便捷的数据传输技术，为炎症相关疾病的早期诊断和家庭健康监测提供了一种新的解决方案。未来，随着技术的进一步优化和推广，这种可穿戴设备有望在临床和日常健康管理中发挥更大的作用，为人类健康带来更多的便利和保障。