电化学适体传感器结合动力学参数(kon/koff)调控策略在凝血酶检测中的系统研究

为解决电化学适体传感器(EAB)在蛋白质分析中缺乏系统优化研究的问题，中国科学院团队以凝血酶为模型，系统探究了探针密度(8-62 nm)、温度(37-45°C)和盐浓度(20 mM Mg2+)对结合动力学(kon/koff)和热力学(KD)的调控规律。研究发现10 nM探针密度和37°C条件下传感器性能最优，二价阳离子显著提升结合速率，为生物传感器设计提供了关键参数优化方案。

　　

蛋白质作为疾病生物标志物，其精准检测对临床诊疗至关重要。传统ELISA方法存在耗时长、成本高的局限，而基于DNA适体的电化学传感器(EAB)虽具有高灵敏度优势，但其结合动力学参数(k_on/k_off)和热力学平衡常数(K_D)的调控机制尚未系统阐明。这些参数直接决定传感器的响应时间和检测限，尤其在复杂生物样本中，探针表面密度、环境温度及离子强度等因素可能显著影响适体-靶标相互作用。

中国科学院团队在《Analytica Chimica Acta》发表的研究中，以凝血酶为模型靶标，通过系统调控三个关键参数：采用6-巯基己醇(MCH)修饰的金电极表面，控制DNA适体探针密度(2.63×10¹⁰-1.67×10¹²分子/cm²)，考察温度(25-45°C)和盐浓度(含Mg²⁺/Na⁺)对结合动力学的影响。研究采用方波伏安法(SWV)实时监测甲基蓝(MB)标记适体的电流变化，结合非线性拟合计算τ值(结合弛豫时间)。

探针密度
在10 nM适体浓度下获得最佳探针密度(8 nm间距)，此时结合速率常数k_on达最大值(3.5×10⁴ M^-1s^-1)，过高密度(62 nm间距)会导致空间位阻。

温度效应
45°C时k_on和k_off同步提升至4.2×10⁴ M^-1s^-1和0.11 s^-1，但37°C展现出更优的综合性能(K_D=2.7 nM)。

盐浓度
20 mM Mg²⁺使k_on提升2.3倍，证明二价阳离子通过屏蔽磷酸骨架负电荷促进结合。

该研究首次建立EAB传感器多参数优化体系，揭示探针间距需大于适体回转半径(8 nm)以维持结合自由度，阐明温度通过改变分子碰撞频率和构象自由度影响动力学，证实二价阳离子的电荷屏蔽效应优于单价离子。这些发现为开发高精度POCT(床旁检测)设备提供了理论依据，特别对心血管疾病相关标志物快速检测具有重要应用价值。