电泳耦合电化学发光免疫传感器快速高灵敏度检测癌胚抗原的创新研究

针对传统电化学发光(ECL)免疫传感器检测时间长、系统干扰多的问题，研究人员创新性地将电泳系统与ECL免疫分析结合，开发了电场增强型ECL免疫传感器。该技术通过电场驱动将癌胚抗原(CEA)孵育时间从60分钟缩短至5分钟，检测限低至2.33 fg/mL，线性范围达10-2-104 pg/mL，结合COMSOL Multiphysics模型验证了其高效性，为临床癌症标志物快速检测提供了新方案。

　　

在癌症早期诊断领域，癌胚抗原(CEA)作为关键生物标志物的检测效率直接影响临床决策。传统电化学发光(ECL)免疫分析虽具有高灵敏度优势，但长达60分钟的抗原-抗体孵育过程成为制约快速诊断的瓶颈。更棘手的是，复杂生物样本中的干扰物质常导致假阳性，这种"快则不精，精则不快"的矛盾长期困扰研究者。

为解决这一难题，重庆医科大学联合金凤实验室的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表突破性成果。他们巧妙融合电泳技术与ECL检测，构建出电场增强型免疫传感器。该系统以铂电极为阴极、工作电极为阳极建立垂直电场，利用CEA在pH>5.4时带负电的特性，仅用5分钟即完成传统方法需1小时的抗原富集过程。更引人注目的是，通过金纳米颗粒/碳氮纳米片(Au-CNNs)复合材料的表面等离子体共振(SPR)效应，实现了2.33飞克/毫升的超高灵敏度，较现有技术提升12倍效率。

关键技术包括：1) 构建电泳-ECL耦合系统，采用COMSOL Multiphysics模拟带电分子迁移；2) 合成Au-CNNs信号标签，通过TEM确认16-20 nm金颗粒均匀分布；3) 临床样本验证，分析来自医疗机构的真实病例数据。

【实验结果】

1. 材料表征：TEM显示AuNPs在CNN表面呈单分散分布，元素图谱证实C/N/Au/O共存，XPS验证Au⁰价态占主导，这种结构使ECL信号增强3.8倍。
2. 电场优化：模拟显示12V/cm场强下，CEA迁移速率达8.7μm/s，实验证实5分钟孵育即可达到传统60分钟的抗体结合量。
3. 分析性能：在0.01-10000 pg/mL范围内呈现完美线性(R²=0.997)，血清样本回收率98.2-102.7%，日内变异系数<4.5%。

这项研究开创性地将物理场调控引入免疫检测，其意义不仅在于CEA检测效率的提升，更开创了"电场驱动-纳米增强"的新型检测范式。通过COMSOL模型精准预测分子行为，为其他带电生物标志物的快速检测提供了普适性方案。临床验证显示该方法与ELISA结果高度一致(r=0.986)，且抗干扰能力显著优于传统ECL。未来可拓展至COVID-19抗原、心肌标志物等紧急检测场景，推动即时检测(POCT)技术进入飞克级时代。