微流控纸基分析器件中原位生物样本去蛋白化技术研究

为解决生物样本中蛋白质干扰分析检测的问题，研究人员在微流控纸基分析器件（μPADs）中开展原位去蛋白化研究。通过筛选高氯酸等沉淀剂并优化条件，实现了血清样本97%的蛋白去除率，同时结合铜离子（Cu(II)）比色检测验证了该技术的实用性。该研究为即时检测（POCT）提供了无需离心的样本前处理新策略。

　　

在生物医学检测领域，蛋白质如同"双刃剑"——既是生命活动的执行者，又是分析检测的干扰源。血清等生物样本中高达66-83 g/L的蛋白质会通过吸附在电极表面、荧光淬灭等多种方式干扰检测结果，更会包裹铜离子（Cu(II)）等重要代谢物，导致检测失真。传统解决方案需要先加入沉淀剂再离心，但这与即时检测（POCT）设备小型化、操作简易化的理念背道而驰。如何让"样本前处理"这个关键步骤也能在纸芯片上完成，成为微流控纸基分析器件（μPADs）领域亟待突破的技术瓶颈。

来自波兰的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表的研究给出了创新答案。他们设计了一种哑铃形纸基器件，通过激光切割Whatman 1滤纸形成相连的沉淀区和检测区。研究采用扫描电子显微镜（SEM）低真空模式观察蛋白沉淀形貌，结合能量色散X射线光谱（EDS）进行元素分布验证，并开发了基于浴铜灵二磺酸（BCDS）的铜离子比色检测体系。通过对比硫酸锌、三氯乙酸等四种沉淀剂，最终锁定高氯酸（PCA）作为最优选择。

3.1 去蛋白化效率验证
研究首先建立吡咯红-钼酸盐比色法，验证纸基器件可定量检测14-1000 mg/L范围的蛋白质。关键发现是：湿润状态下转移纸片可实现近100%蛋白回收，而干燥后转移会因非特异性吸附导致损失。这为后续实验设计提供了重要依据。

3.2 去蛋白化条件优化
在50 g/L牛血清白蛋白（BSA）模型中，20%三氯乙酸（TCA）和18%高氯酸（PCA）可使残留蛋白低于检测限。SEM图像显示，PCA形成的蛋白沉淀呈薄膜状覆盖纤维素纤维，而硫酸铵晶体在溶解后几乎无沉淀生成。大面积EDS图谱证实氯元素（来自PCA）与蛋白特征元素（氮、硫）共定位，直观验证沉淀机制。

3.3 纸基去蛋白化特性表征
稳定性测试表明，PCA修饰的纸器件在4℃和20℃储存30天后仍保持>97%去蛋白效率，但纸张会因强酸腐蚀变脆。在三种人血清样本测试中，PCA展现出普适性优势，而硫酸锌和TCA的效率受样本组成影响显著。值得注意的是，PCA处理后的血清变为无色，消除了胆红素对比色法的干扰。

3.4 集成化μPAD性能验证
将PCA去蛋白化与铜离子检测整合在单一器件时，研究者巧妙采用pH 6乙酸盐"缓冲液"解决酸迁移导致的pH失衡问题。在50 g/L BSA基质中，该器件对Cu(II)的检测限达14 μmol/L。尽管此灵敏度尚不足以检测血清正常范围（10-25 μmol/L），但在加标回收实验中，病理血清的回收率达85-97.5%，证实了方法的可靠性。

这项研究的意义在于首次系统建立了μPADs原位去蛋白化技术体系。高氯酸沉淀法不仅效率媲美离心方案（97% vs 商业试剂盒的98%），更将操作时间从30分钟缩短至1分钟，成本降至每个样本0.01欧元。通过SEM-EDS联用技术，研究者首次直观揭示了纸基蛋白沉淀的形貌特征和空间分布规律。所开发的哑铃形器件设计为后续开发多检测区集成化芯片提供了模板，其"沉淀-过滤-检测"三位一体策略，为发展真正"样本进-结果出"的POCT设备扫清了关键障碍。未来通过优化器件几何结构或引入离子富集技术，有望将检测灵敏度提升至临床需求范围。