叶酸功能化氧化石墨烯-二氧化硅纳米复合材料用于循环肿瘤细胞电化学检测的研究

本研究针对循环肿瘤细胞(CTCs)检测中因低丰度和白细胞干扰导致的挑战，开发了叶酸(FA)功能化氧化石墨烯-二氧化硅(FA@GO-SiO2)纳米复合材料。通过SEM、FTIR和XRD表征材料特性，采用循环伏安法(CV)实现了A549肺癌细胞在50-50,000 cells/mL范围内的线性检测，检测限低至1 cell/mL。该生物传感器无需复杂前处理即可实现血液样本中CTC的早期诊断，为癌症液体活检提供了新策略。

　　

癌症转移是导致治疗失败的主要原因，而循环肿瘤细胞（CTCs）作为"液态活检"标志物在早期诊断中具有重要价值。然而，每毫升血液中仅存1-10个CTCs，且受数百万白细胞干扰，传统检测方法面临灵敏度不足、操作复杂等瓶颈。尤其值得注意的是，70%的肿瘤细胞会因上皮-间质转化(EMT)导致EpCAM表达下调，使得基于该标志物的CellSearch?系统存在漏检风险。

针对这一难题，来自巴基斯坦的研究团队创新性地利用叶酸受体(FRs)在肺癌等恶性肿瘤中过表达的特性，开发了FA@GO-SiO₂纳米复合材料。该研究发表在《Sensing and Bio-Sensing Research》期刊，通过将氧化石墨烯的高导电性与二氧化硅的生物相容性相结合，并修饰叶酸作为靶向分子，构建了新型电化学生物传感器。

研究采用改良Hummers法制备GO，通过Stober法合成GO-SiO₂复合材料，经物理吸附固定叶酸分子。使用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)表征材料特性，通过MTT实验和活/死细胞染色评估生物相容性。以A549肺癌细胞为模型，采用三电极系统进行循环伏安分析，并验证了临床血液样本的检测效果。

3.1 材料设计与表征
SEM显示GO呈现20nm厚度的褶皱片层结构，SiO₂颗粒均匀分布后形成多孔表面。FTIR证实了Si-O-Si(1074 cm^-1)和FA特征峰(1579 cm^-1)的存在，XRD显示GO特征峰(2θ=10.67°)随功能化发生位移。材料在100μg/mL浓度下保持70%以上细胞活性，满足生物传感需求。

3.4 电化学性能
CV测试显示FA@GO-SiO₂修饰电极在A549细胞存在时产生显著氧化还原峰(2.31V/1.64μA和0.73V/-0.83μA)，而单纯GO-SiO₂电极无响应，证实检测依赖于FA-FRs特异性结合。这种信号源于细胞膜内氧化还原活性物质(如细胞色素和NADH)的直接电子转移。

3.6 定量分析
在50-50,000 cells/mL范围内呈现良好线性(R²=0.9851)，检测限达1 cell/mL，优于多数报道的EpCAM基传感器。对比实验显示，经叶酸预封闭的A549细胞信号减弱90%，证实检测特异性。

3.8 实际样本验证
在健康人血清背景和临床癌症患者血样中均保持稳定性能。10例患者检测显示良好重复性，阻抗谱证实FA@GO-SiO₂电极具有更快的电子传递速率。

该研究突破了传统CTC检测对EpCAM抗体的依赖，通过FRs靶向策略实现了高灵敏度检测。FA@GO-SiO₂复合材料兼具GO的导电性和SiO₂的生物相容性，其物理吸附固定法避免了复杂化学修饰。特别值得注意的是，1 cell/mL的检测限可满足临床对极低丰度CTC的检测需求，且70%的细胞存活率确保后续分子分析可行性。这种无需抗体、适配体或酶的检测平台，为开发低成本、可规模化的癌症早期诊断工具提供了新思路，尤其适用于资源有限地区的癌症筛查。未来通过整合微流控技术，有望实现全血样本的直接分析，进一步推动液体活检的临床应用。