基于共价三嗪框架发光体与核酸外切酶III驱动DNA步行机联用的电化学发光适体传感器实现癌胚抗原超灵敏检测

针对肿瘤标志物CEA检测灵敏度不足的难题，研究人员开发了一种新型电化学发光(ECL)适体传感器，通过整合共价三嗪框架(CTF)发光体、双金属有机框架(CuxMn3-x(HITP)2)信号放大器及Exo III驱动的DNA步行机循环扩增策略，实现了2.91 fg/mL的超低检测限，为癌症早期诊断提供了突破性技术方案。

　　

在癌症防控形势严峻的当下，癌胚抗原(CEA)作为结直肠癌、肺癌等多种恶性肿瘤的关键血清标志物，其早期检测对提高患者生存率至关重要。然而传统检测技术面临两大瓶颈：一是现有电化学发光(ECL)体系需要极高驱动电压（达-2.0 V），易破坏生物分子活性；二是常规检测限（约ng/mL级）难以满足早期诊断需求。更棘手的是，共价有机框架(COF)材料虽具优异孔隙率和稳定性，却因π-π堆积导致的聚集猝灭效应(ACQ)严重制约其发光效率。

河南省科研团队创新性地将氮富集共价三嗪框架(CTF)作为ECL发光体，与双金属半导体MOF(Cu_xMn_3-x(HITP)₂)信号放大器协同，构建了Exo III驱动的DNA步行机循环扩增系统。该研究突破性地实现了2.91 fg/mL的CEA检测灵敏度，较临床阈值(20 ng/mL)提升7个数量级，相关成果发表于《Microchemical Journal》。

关键技术包括：1）溶剂热法合成CTF发光材料；2）双金属MOF修饰电极制备；3）Exo III介导的DNA步行机循环切割技术；4）使用人血清样本验证临床适用性。

【结构分析】
通过FT-IR和¹³C NMR证实CTF成功合成，其氮富集特性促进K₂S₂O₈共反应剂分解，使ECL发射增强3.7倍。

【检测机制】
CEA与适体结合触发cDNA释放→cDNA杂交锚定在MOF上的发夹DNA(Hp)→Exo III切割产生游离cDNA进入下一循环→残留Hp(rHp)与CTF上ssDNA杂交形成DNA桥→MOF加速电子转移使ECL信号倍增。

【性能验证】
传感器在1 pg/mL-50 ng/mL范围内呈线性响应，血清样本回收率98.2%-103.7%，较ELISA法灵敏度提高4个数量级。

该研究开创性地将COF材料成功转化为高效ECL发光体，通过DNA步行机的"分子燃烧"机制实现信号指数级放大。CTF的规则孔道不仅缩短了电子传输路径，其氮原子更通过催化K₂S₂O₈产生活性氧(SO₄^•?)，解决了传统阴极ECL需高电压的痛点。双金属MOF的引入则通过Cu/Mn协同效应进一步提升电荷分离效率，使检测限突破至fg级。这种"框架材料+分子机器"的协同策略为超痕量生物标志物检测提供了普适性研究范式，对推动液体活检技术发展具有里程碑意义。