基于自增强型Ru(bpy)32+@Zn-MOF发光体和PoPD@Au纳米粒子淬灭剂的三明治式ECL适配体传感器开发，用于超灵敏的EpCAM检测

《Analytica Chimica Acta》：Development of a sandwich ECL aptamer sensor based on self-enhanced Ru(bpy) 32+@ Zn-MOF luminophore and PoPD@Au NPs quencher for ultrasensitive EpCAM detection

一种基于Ru(bpy)?2?@Zn-MOF与PoPD@Au NPs的夹心式电化学发光(ECL)传感平台用于高灵敏EpCAM检测，检测限0.34 pg/mL，通过aptamer介导的Ru(bpy)?2?@Zn-MOF与PoPD@Au NPs的共振能量转移(RET)和电子转移(ET)实现信号抑制，为早期癌症诊断提供新方法。

　　
近年来，电化学发光（ECL）免疫传感器在肿瘤标志物检测领域展现出显著的应用潜力。本研究聚焦于EpCAM这一关键生物标志物，其作为多种恶性肿瘤的特异性表达蛋白，在早期癌症筛查和预后评估中具有重要临床价值。传统检测方法如荧光免疫分析或表面增强拉曼散射（SERS）虽然灵敏度较高，但在实际应用中常面临复杂样本干扰、需要额外试剂支持等问题，难以满足临床快速检测和便携式分析的需求。

研究团队创新性地构建了基于三明治结构的ECL检测体系。核心突破体现在两个方面：首先，开发出具有三维自增强发光特性的Zn-MOF/Ru(bpy)?2?复合材料。该材料通过锌氧基配体的有序孔道结构，实现了对发光探针的立体固定与空间保护。实验表明，这种结构不仅使Ru(bpy)?2?的量子产率提升约40%，更通过内部电子传递通道形成自增强效应，在无外加氧化还原剂的情况下即可产生稳定发光信号。其次，采用聚氧苯胺修饰的金纳米颗粒（PoPD@Au NPs）作为淬灭剂，其独特的分子构型与光物理特性实现了高效能量转移。PoPD的共轭π电子体系与金纳米颗粒表面等离子体共振效应相结合，可通过共振能量转移（RET）和电子转移（ET）双重机制阻断发光路径，这种多机制协同淬灭效应显著提高了检测灵敏度。

检测系统的工作原理基于特异性捕获-信号放大机制。电极表面修饰的EpCAM适配体1（Apt1）与目标蛋白结合后，携带淬灭剂的适配体2（Apt2）通过分子桥接作用形成稳定的三明治复合物。这种空间位阻效应不仅增强了目标识别的特异性，更通过物理阻隔优化了能量转移路径。当目标物不存在时，发光探针与淬灭剂处于分离状态，ECL信号达到最大值；随着目标物浓度增加，复合物比例上升导致发光信号非线性衰减。实验数据显示，该体系在1 pg/mL至100 ng/mL范围内呈现良好线性关系（R2=0.998），检测限达到0.34 pg/mL，较传统ECL传感器灵敏度提升约2个数量级。

材料创新方面，研究团队选用氧酸锌多孔金属有机框架（Zn-MOF）作为载体材料。这种三维孔道结构不仅实现了Ru(bpy)?2?的均匀负载（负载量达2.3 wt%），更通过孔道限域效应抑制了探针的解离和光衰。结构表征显示，Zn-MOF颗粒呈规则八面体形貌（平均粒径2 μm），表面孔径分布符合BET分析结果（比表面积38.7 m2/g）。元素分布图谱证实了Zn、O、C、N、Ru的均匀分布，电子显微镜观察显示探针在孔道内呈有序排布，避免了传统溶液负载导致的探针聚集和信号波动。

检测性能优化体现在三方面协同作用：首先，自增强ECL机制通过优化电子转移路径，使发光强度达到传统体系的1.5倍；其次，PoPD@Au NPs的宽光谱吸收（覆盖400-600 nm）与Ru(bpy)?2?的可见光发射（550-600 nm）完美匹配，淬灭效率超过92%；最后，夹心式结构通过适配体-抗原-探针的三重相互作用，将检测选择性提升至99.7%以上。这种多维度优化策略突破了传统ECL检测对复杂介质兼容性差的瓶颈，在血清样本中仍能保持稳定的检测性能（Cohen's Kappa=0.89）。

临床应用价值体现在两方面突破：其一，检测限低至0.34 pg/mL，满足血液中EpCAM浓度梯度（正常值<5 ng/mL，癌症患者可达500-2000 ng/mL）的精准监测需求；其二，构建的模块化检测平台可通过更换适配体实现多种肿瘤标志物的快速切换检测，实验验证了对CEA、CA125等6种相关标志物的交叉检测抑制率均低于8%。这种通用性设计大幅降低了临床多指标联检的成本，为液体活检技术的标准化发展提供了新思路。

技术革新还体现在检测流程的简化上。传统ECL传感器需要预注入氧化还原对引发发光，而本体系通过MOF框架内自建电子传输网络，实现了开管式检测。实验数据显示，在1.0 M磷酸缓冲液（pH=7.4）中，无需额外引发剂即可稳定输出ECL信号（半衰期>72小时）。这种无需预处理检测模式特别适用于急诊场景和移动医疗设备开发。

方法学验证包括三个关键实验：首先通过荧光淬灭实验证实PoPD@Au NPs与Ru(bpy)?2?的能量转移效率达87.3%；其次采用离线竞争实验验证检测特异性，对Prostate Specific Antigen（PSA）等8种非靶标蛋白的交叉反应率均低于5%；最后通过生物相容性测试显示，检测体系对细胞膜完整性的破坏率<3%，满足无创检测要求。

在应用场景拓展方面，研究团队成功将检测模块集成到便携式ECL仪器的芯片中。测试数据显示，在复杂生物基质（如全血、尿液）中，检测信号漂移率控制在±4%以内，循环稳定性超过200次。这种微型化设计使得检测设备成本降低至传统台式仪器的1/20，功耗减少60%，为基层医疗单位提供了可行的技术方案。

该研究的理论意义在于建立了多孔金属有机框架与电化学发光系统的协同效应模型。通过调控MOF孔道尺寸（本例中孔径约2.5 nm）和表面电荷密度（zeta电位-25 mV），实现了探针负载效率与发光强度的最优平衡。这种结构调控策略为新型功能化MOF材料的开发提供了理论依据，特别是在生物传感器和药物递送系统中的应用潜力显著。

未来发展方向包括：（1）开发pH响应型MOF材料，实现体液环境下的自动信号调节；（2）构建适配体-纳米机器人复合体系，增强检测后的靶向干预能力；（3）优化微流控芯片设计，将检测时间压缩至3分钟内。这些改进将推动该技术从实验室研究向临床转化迈进，特别是在早期癌症筛查和动态监测方面具有重要应用前景。