基于智能手机的分子印迹电化学发光显微镜，用于无创性甲胎蛋白的定量检测

《Analytica Chimica Acta》：Smartphone-based molecular imprinting electrochemiluminescence microscope for non-invasive alpha-fetoprotein visual quantitation

新型双识别多淬灭分子印迹电化学发光显微镜用于唾液甲胎蛋白检测，结合金纳米棒/聚乙烯亚胺/铁氰化物复合淬灭剂和Ru(bpy)?2?发光体系，实现0.01–100 pg/mL线性范围检测，检测限4.5 fg/mL。相较于传统ECL方法，SECLM具有非侵入性、高灵敏度和可视化优势，为早期肝癌筛查提供新工具。

　　这项研究聚焦于开发一种基于智能手机的电化学发光显微镜（Smartphone-based Electrochemiluminescence Microscope, SECLM），用于对唾液样本中的甲胎蛋白（Alpha-fetoprotein, AFP）进行高灵敏度、高选择性和可视化的定量检测。AFP是一种与肝癌密切相关的胚胎特异性糖蛋白，其浓度升高通常意味着疾病的进展。然而，传统的AFP检测方法依赖于血液样本，这不仅给患者带来痛苦，还存在一定的安全风险。相比之下，唾液作为非侵入性的生物样本，采集过程简单、无痛、安全，且便于储存和运输，因此成为一种有潜力的替代方案。

研究团队在ECL技术的基础上，引入了分子印迹（Molecular Imprinting, MI）和免疫分析方法，构建了一种新的检测平台。ECL技术因其几乎无背景信号、宽动态范围和高灵敏度而被广泛应用于生物分析领域。然而，传统的ECL方法依赖于光电倍增管（Photomultiplier Tube, PMT）作为信号采集装置，这使得设备体积较大，且对环境变化较为敏感，限制了其在空间和时间分辨率方面的表现。为此，ECL显微镜（ECLM）应运而生，它结合了ECL与光学显微镜的优势，提高了ECL技术的适用性。

SECLM技术利用智能手机作为信号采集设备，不仅降低了成本，还提升了设备的便携性和操作便捷性。智能手机具备强大的计算能力、数据存储功能、便携电源和用户友好的界面，使得其成为一种理想的替代工具。通过将ECL与智能手机结合，研究团队开发出了一种新的检测方法，能够在现场快速、准确地进行AFP的定量分析。这种方法的检测灵敏度达到了4.5 fg/mL，检测范围为0.01–100 pg/mL，其性能指标与传统ECL方法相当，同时在检测过程的非侵入性和可视化方面表现出色。

为了进一步提高检测的特异性，研究团队引入了分子印迹技术。分子印迹聚合物（Molecularly Imprinted Polymers, MIPs）作为人工受体，能够通过模板分子与功能单体之间的相互作用，形成具有高度选择性的识别位点。MIPs不仅成本低廉，而且具备良好的稳定性和耐酸碱性，适合用于构建ECL传感器。在本研究中，使用了对AFP具有特异性识别能力的单克隆抗体（Monoclonal Antibody, Ab）作为识别元件，并结合了多种淬灭机制，包括“阻断效应”（Blocking Effect）、内滤效应（Inner Filter Effect）和电子转移（Electron Transfer），从而显著提高了检测的灵敏度和选择性。

研究中采用的复合材料为金纳米棒@聚乙烯亚胺@铁氰化物（AuNRs@PEI@Fc），其中AuNRs通过内滤效应起到淬灭作用，PEI则通过其丰富的氨基基团作为桥梁，连接AuNRs与铁氰化物（Fc），从而形成一个稳定的结构。Fc不仅提供了抗体的结合位点，还通过电子转移机制进一步淬灭信号。这种双识别和多淬灭机制的设计，使得检测系统在识别AFP时具有更高的特异性和可靠性。

此外，研究团队还利用了电化学发光显微镜技术，结合了电化学发光（ECL）和光谱成像的优势，使得检测结果更加直观和可视化。通过这种方式，研究人员能够更清晰地观察到ECL信号的变化，从而更好地理解检测机制。这种技术的应用不仅拓展了ECLM的使用范围，还为现场快速检测和疾病早期诊断提供了新的可能。

在实验过程中，研究团队还进行了详细的材料表征工作，包括透射电子显微镜（TEM）、X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见分光光度计（UV-vis）分析，以确认AuNRs@PEI@Fc的结构和功能。实验结果显示，AuNRs具有规则的棒状结构，平均长度为31.9 nm，平均直径为8.2 nm，这为后续的检测工作提供了良好的基础。

通过这些技术手段，研究团队成功构建了一种新型的分子印迹电化学发光显微镜（MI-ECLM）传感器，该传感器不仅具有高灵敏度和高选择性，还能够实现对AFP的可视化定量检测。这种方法在检测过程中避免了假阳性的出现，提高了检测的准确性。同时，该方法还具备良好的稳定性和重复性，为临床应用提供了可靠的保障。

此外，该研究还探讨了MI-ECLM技术在疾病诊断、生理活动研究、病理机制探索和分子生物学研究中的潜在应用。通过这种技术，研究人员能够更全面地了解疾病的发展过程，并为疾病的早期诊断和实时监测提供新的工具。该技术的出现不仅提升了ECLM的性能，还为生物传感技术的发展开辟了新的方向。

研究团队在实验过程中也对实验方法进行了详细的优化，以确保检测的准确性和可靠性。通过引入双淬灭机制和双识别能力，使得检测系统在识别AFP时具有更高的特异性和灵敏度。同时，实验结果显示，该方法在检测过程中能够有效降低背景信号，提高信号的对比度，从而更好地识别AFP的存在。

总的来说，这项研究通过结合ECL技术、分子印迹和智能手机显微镜，成功开发出了一种新型的检测平台，能够实现对唾液样本中AFP的快速、准确和可视化的定量分析。该方法在检测性能、选择性和稳定性方面表现出色，为临床诊断和疾病筛查提供了新的可能性。同时，该研究还拓展了ECLM的应用范围，为生物传感技术的发展做出了重要贡献。