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综述:分子印迹聚合物技术用于糖尿病相关生物标志物的电化学检测
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月22日 来源:Sensors and Actuators Reports 6.5
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这篇综述系统阐述了分子印迹聚合物(MIPs)结合电化学传感技术在糖尿病(DM)生物标志物检测中的前沿进展。文章重点分析了葡萄糖、胰岛素、糖化血红蛋白(HbA1c)和糖化白蛋白(GHSA)等关键生物标志物的检测策略,详细比较了本体聚合、表面聚合、电聚合和冷却聚合等MIPs合成方法的优劣,并探讨了功能单体、交联剂等关键组分对传感器性能的影响。该技术凭借高选择性、稳定性和成本效益,为糖尿病早期诊断和实时监测提供了创新解决方案。
糖尿病作为一种全球性慢性代谢疾病,其早期诊断和持续监测对预防并发症至关重要。近年来,分子印迹聚合物(MIPs)技术因其可模拟天然抗体的"锁钥"识别机制,在糖尿病生物标志物检测领域展现出独特优势。
分子印迹技术原理与发展
MIPs通过模板分子与功能单体的预组装、聚合和模板去除三个关键步骤,形成具有特异性识别空腔的合成材料。该技术起源于20世纪70年代Wulff等人的开创性工作,经过数十年发展,已实现从共价印迹到非共价印迹的跨越。对于糖尿病生物标志物检测而言,非共价印迹凭借温和的合成条件和快速的结合动力学成为主流方法,其中甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AAM)等单体通过与靶标形成氢键或静电作用,构建高亲和力识别位点。
关键生物标志物检测策略
在葡萄糖检测方面,硼酸亲和MIPs表现突出。以3-氨基苯硼酸(APBA)为单体的传感器,通过可逆的顺式二醇共价结合,实现对葡萄糖的特异性捕获。研究显示,结合碳点(CDs)修饰的电极可达到0.09 μM的检测限。对于胰岛素这类蛋白质标志物,低温冷却聚合(-10°C)能有效保持模板构象,配合多壁碳纳米管(MWCNTs)增强导电性,使检测灵敏度提升至33 fM。
糖化血红蛋白(HbA1c)检测则创新性采用双模板印迹技术。通过4-乙烯基苯硼酸(VPBA)选择性识别糖化位点的顺式二醇结构,与罗丹明B共同构建多元识别系统,实现Hb与HbA1c的同步检测,在妊娠糖尿病监测中展现出独特价值。而针对糖化白蛋白(GHSA),二硫化钼(MoS2)与铂纳米粒子(PtNPs)的协同作用显著提升了电极性能,检测范围覆盖2.267×10-2至4.669×104 μg/mL。
电化学传感技术比较
伏安法/安培法凭借高灵敏度成为主流检测手段。差分脉冲伏安(DPV)和方波伏安(SWV)通过抑制背景电流,使葡萄糖检测限低至0.1 nM。阻抗谱(EIS)技术则适用于非电活性物质检测,通过电荷转移电阻(Rct)变化反映结合事件。值得注意的是,电位型传感器虽然灵敏度相对较低,但其无需标记的特点和长期稳定性,在持续监测场景中具有特殊优势。
材料与方法的创新突破
纳米材料的引入显著提升了传感器性能。金纳米粒子(AuNPs)将葡萄糖检测范围扩展至1.25 nM-2.56 μM;氧化石墨烯(GO)赋予MIPs更大的比表面积,使传感器可重复使用8次以上;而Fe3O4修饰的丝网印刷电极(SPCE)仅需微量血液即可完成HbA1c检测。在聚合方法上,电聚合实现了薄膜厚度的精准控制,表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)则能构建更均匀的聚合物结构。
现存挑战与未来方向
当前技术仍面临生物基质干扰、批次重复性差等瓶颈。通过计算机辅助单体筛选、金属有机框架(MOFs)材料集成等创新策略,有望突破现有局限。特别是发展能同时检测葡萄糖、胰岛素和HbA1c的多重传感平台,将极大提升糖尿病管理的精准度。随着可穿戴设备与微流控技术的融合,MIPs电化学传感器有望实现从实验室到床旁(POC)的真正转化,为糖尿病防控提供更智能的解决方案。
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