基于羧基化PEDOT聚合物电化学平台的血浆ESAT-6检测新技术及其在肺结核诊断中的应用价值

为解决肺结核（TB）早期诊断中非痰液依赖型检测技术的迫切需求，台北荣民总医院团队开发了羧基化聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT-COOH)电化学传感器，用于检测结核分枝杆菌(Mtb)特异性抗原ESAT-6。该传感器在24.2 pM-50 nM范围内呈现优异线性响应(R2=0.99)，检测限低至1.39 pM，4分钟内完成检测，临床验证显示其灵敏度达95.0%、特异性100%，诊断准确率(97.1%)显著优于商品化ELISA试剂盒(82.9%)，为TB快速诊断提供了创新解决方案。

　　

肺结核作为由结核分枝杆菌(Mtb)引起的致命传染病，每年导致全球超百万人死亡。尽管现有诊断技术如痰涂片镜检、培养法和PCR各具优势，但普遍存在灵敏度低、耗时长或依赖侵入性采样等局限。尤其对于无法产生痰液的患者，开发高灵敏度的血液检测技术成为临床迫切需求。在此背景下，台北荣民总医院联合研究团队将目光聚焦于Mtb分泌的关键抗原——6 kDa早期分泌抗原靶标(ESAT-6)，创新性地构建了基于导电聚合物的电化学生物传感器，相关成果发表于《Sensing and Bio-Sensing Research》。

研究团队采用羧基化聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT-COOH)作为传感界面核心材料，通过电聚合技术在金电极表面构建功能化薄膜。关键技术包括：1）EDC-NHS活化羧基实现抗体共价固定；2）差分脉冲伏安法(DPV)检测信号变化；3）临床验证采用35例血浆样本（20例TB患者/15例健康对照）进行双盲测试，并与商业ELISA试剂盒平行比对。

3.1 生物传感器开发
通过电聚合EDOT-COOH单体形成PEDOT-COOH/Au电极，利用羧基与ESAT-6抗体的共价结合构建BSA/Ab-EDC-NHS/PEDOT-COOH/Au传感平台。当ESAT-6与抗体结合时，电极表面形成绝缘层，阻碍电子转移导致DPV电流下降，其变化程度与抗原浓度成正比。

3.2 传感器表征
SEM和AFM显示PEDOT-COOH呈结节状结构（粗糙度5.47±2.86 nm），EDC-NHS修饰后粗糙度增至142.8±51.56 nm，抗体固定后降至81.1±41.6 nm。接触角测试证实PEDOT-COOH修饰使电极亲水性增强（19.8°±1.9° vs 裸金电极54.4°±3.6°）。XPS和FTIR验证了抗体成功固定，1662 cm^-1处NHS酯羰基峰的出现标志着羧基活化。

3.3 分析性能
在优化条件下，传感器对ESAT-6的检测线性范围达24.2 pM-50 nM（0.81 ng/mL-1.69 μg/mL），检测限1.39 pM（0.047 ng/mL），较文献报道的ELISA（1.56 ng/mL）提升33倍。干扰实验显示对CFP10、MPT64等共存抗原的交叉反应可忽略（p<0.01），20天内信号保持90.1%的稳定性。

3.9 临床验证
在20例TB患者（含8例涂阳）和15例健康对照中，传感器检测的ESAT-6水平显著高于ELISA（121.6±13.4 vs 113.2±20.8 ng/mL，p<0.001）。特别值得注意的是，传感器能区分涂阳（129.6±7.2 ng/mL）与涂阴患者（116.3±14.1 ng/mL，p=0.014），而ELISA无此差异（p=0.197）。ROC分析显示，以97.0 ng/mL为临界值，传感器诊断AUC达0.997（ELISA为0.873），准确率提升14.2%。

这项研究通过创新性地将PEDOT-COOH的导电特性与抗体识别特异性相结合，成功开发出性能卓越的电化学检测平台。其重要意义体现在三方面：首先，4分钟的检测速度大幅超越传统培养法（6-8周）；其次，95.0%的灵敏度和100%的特异性达到WHO对结核快速诊断的要求；更重要的是，传感器检测值与细菌负荷显著相关（β=28.124，p<0.001），为疾病活动度监测提供了新思路。尽管仍需扩大样本验证，该技术已展现出替代现有诊断方法的潜力，特别是为痰液采集困难的患者提供无创检测选择。未来通过集成化设计，有望发展成适用于基层医疗的POCT设备，推动全球结核防控进程。