基于铁单原子催化剂增强卟啉共价有机框架的光电化学超灵敏生物传感器用于阿尔茨海默病标志物Aβ寡聚体检测

为解决阿尔茨海默病（AD）早期诊断中淀粉样蛋白-β寡聚体（AβO）检测灵敏度不足的难题，研究人员开发了一种新型光电化学（PEC）生物传感器。该传感器整合了卟啉共价有机框架（p-COFs）的光电活性与铁单原子催化剂（Fe SACs）的类过氧化物酶特性，通过催化4-CN氧化生成4-CD沉淀实现信号放大，最终实现了AβO在脑脊液样本中10 fM至200 nM的宽线性检测范围及7.4 fM的超低检测限，为AD早期诊断提供了创新工具。

　　

阿尔茨海默病（AD）作为全球老龄化社会面临的重大健康挑战，其早期诊断一直是医学界的难题。淀粉样蛋白-β寡聚体（AβO）被认为是AD的关键病理标志物，但由于其在脑脊液（CSF）中含量极低且结构不稳定，传统检测方法难以实现高灵敏度分析。现有技术如荧光法和电化学法往往受限于复杂的操作或高昂的成本，尤其在医疗资源匮乏地区难以普及。

河北科技大学的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表的研究中，提出了一种突破性的解决方案：通过设计基于卟啉共价有机框架（p-COFs）和铁单原子催化剂（Fe SACs）的光电化学（PEC）生物传感器，实现了AβO的超灵敏检测。该研究巧妙结合了p-COFs优异的光电转换性能与Fe SACs的类酶催化活性，构建了"三明治"式检测体系。

关键技术包括：（1）合成Au纳米颗粒修饰的p-COFs（Au@p-COFs）作为光电活性基底；（2）利用Fe SACs催化4-CN生成不溶性4-CD沉淀实现信号抑制型检测；（3）基于适配体和细胞朊蛋白（PrP^C）的双重识别策略确保特异性。研究使用脑脊液临床样本验证了方法的可靠性。

主要研究结果

1. 材料表征：SEM/TEM显示Au@p-COFs呈200 nm球形结构，Fe SACs以单原子形式分散于碳载体，XPS证实Fe-N₄活性位点的存在。
2. 光电性能优化：Au@p-COFs在可见光区展现强吸收，Fe SACs使电荷分离效率提升3.2倍。
3. 分析性能：传感器对AβO的检测限低至7.4 fM，较传统ELISA法灵敏度提高1000倍，且在CSF基质中保持优异抗干扰能力。

结论与意义
该研究首次将单原子催化概念引入PEC生物传感领域，通过Fe SACs与p-COFs的协同作用，解决了AD标志物检测中灵敏度与成本难以兼顾的瓶颈问题。其创新性体现在：（1）利用4-CD沉淀的"信号抑制"机制突破传统放大策略的局限性；（2）为POCT（即时检测）设备开发提供了新材料基础。这项工作不仅为AD早期诊断提供了新工具，更为多功能单原子催化剂在生物传感中的应用开辟了新途径。