一种基于MXene基Ti3C2Tx/g-C3N4/CdSe异质结和AgInS2放大技术的光电化学生物传感器，用于检测Cyfra21–1

《Microchemical Journal》：A photoelectrochemical biosensor based on an MXene-based Ti 3C 2Tx/g-C 3N 4/CdSe heterojunction and AgInS 2 amplification for the detection of Cyfra21–1

Cyfra21–1检测光电器化学传感器采用Ti3C2Tx MXene/g-C3N4/CdSe异质结构建级联电子传递系统，AgInS2作为信号放大器提升检测灵敏度，线性范围达1 fM-100 pM，检测限0.73 fM。

　　近年来，癌症的早期诊断和精准治疗成为医学研究的重点方向。在众多癌症标志物中，Cyfra21–1作为一种来源于细胞角蛋白19的片段，因其在非小细胞肺癌（NSCLC）等疾病中的显著表达，被广泛认为是具有重要临床价值的生物标志物。然而，目前针对Cyfra21–1的检测方法普遍存在成本高、操作复杂、检测时间长等问题，限制了其在临床中的广泛应用。因此，开发一种高效、快速且灵敏的检测手段成为迫切需求。

针对这一问题，研究人员提出了一种基于光电化学（PEC）原理的生物传感器，利用了一种新型的光活性纳米复合材料Ti?C?Tx/g-C?N?/CdSe作为核心基底材料，并引入了信号放大材料AgInS?以提升检测性能。该方法通过构建多级电子传递级联系统，实现了对Cyfra21–1的高灵敏度检测。在最佳实验条件下，该传感器的检测范围可以覆盖从1飞摩尔（fM）到100皮摩尔（pM）的Cyfra21–1浓度，其检测下限低至0.73 fM，这在当前的检测技术中具有较高的灵敏度。

Ti?C?Tx作为一种新型的二维材料，因其优异的金属导电性、良好的可见光吸收能力、丰富的亲水性基团以及大量的反应活性位点，被认为是构建高效光电化学传感器的理想材料。通过将g-C?N?和CdSe纳米材料负载在Ti?C?Tx表面，可以形成异质结结构，从而显著提高电子迁移效率，增强光电化学响应以及光能转换效率。此外，AgInS?的引入进一步促进了电子传递过程，提升了系统的灵敏度和检测范围。

在实验设计中，研究人员首先利用Ti?C?Tx作为基底材料，将其与g-C?N?和CdSe纳米材料复合，形成具有异质结结构的纳米复合材料。随后，将含有硫基团的探针DNA（P-DNA）固定在电极表面，以实现对Cyfra21–1的特异性识别。通过引入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MCH）对电极表面进行封闭处理，以减少非特异性结合的可能性。接着，将含有氨基的单链DNA（S-DNA）引入，与P-DNA进行部分互补配对。最后，将AgInS?作为信号放大材料，通过酰胺反应连接到S-DNA的末端，从而形成共敏化结构，提高系统的光电化学响应。当目标Cyfra21–1被引入时，由于其与P-DNA的结合能力更强，会将S-DNA/AgInS?从电极表面移除，导致共敏化效应减弱，从而使得光电化学信号下降，这一现象可用于定量检测Cyfra21–1的浓度。

为了进一步提升检测性能，研究人员对Ti?C?Tx、g-C?N?、g-C?N?/CdSe、Ti?C?Tx/g-C?N?/CdSe以及AgInS?等材料进行了系统的表征分析。通过透射电子显微镜（TEM）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）以及能量色散X射线光谱（EDS）图谱等技术，研究人员确认了这些材料的微观结构和表面组成。Ti?C?Tx展现出典型的薄而平滑的层状结构，这为其与纳米材料的结合提供了较大的表面积和丰富的活性位点。相比之下，g-C?N?虽然在可见光吸收和光能转换方面表现出色，但由于其快速的电荷复合和有限的光吸收能力，限制了其在实际应用中的效果。通过与Ti?C?Tx形成异质结，可以有效抑制电荷复合，提高光电化学性能。而CdSe量子点由于其合适的能隙、宽泛的光吸收范围以及良好的生物相容性，成为构建光电化学传感器的重要组成部分。AgInS?的引入则为系统提供了额外的信号放大能力，通过形成多级电子传递通道，增强了系统的灵敏度和检测范围。

该研究不仅在材料设计方面进行了创新，还在实验方法和检测策略上实现了突破。通过构建基于MXenes异质结的光电化学平台，研究人员成功提高了传感器的灵敏度、重复性和稳定性，使其在临床应用中具有更高的可行性。此外，研究还强调了生物传感器在实际应用中的重要性，特别是在癌症标志物的检测方面，该技术的推广和应用有望为疾病的早期诊断和精准治疗提供新的思路。

在实际应用中，这种基于光电化学原理的生物传感器具有多重优势。首先，它能够实现对极低浓度Cyfra21–1的高灵敏度检测，这对于早期诊断尤为重要。其次，该传感器的操作过程相对简便，适合在临床环境中快速应用。同时，其结构设计具有较高的稳定性，能够在长时间内保持良好的检测性能。此外，该方法还具有较高的可重复性，使得不同批次的检测结果之间具有较高的一致性，有利于临床诊断的标准化和规范化。

值得注意的是，该研究还探索了多种可能的改进方向。例如，通过调整材料的负载比例和表面修饰方式，可以进一步优化传感器的性能。此外，研究人员还尝试了不同的信号放大材料，以找到最适合当前系统的选项。这些探索不仅有助于提升检测的灵敏度，也为未来相关传感器的设计提供了参考依据。

综上所述，该研究通过构建一种基于MXenes异质结的光电化学生物传感器，实现了对Cyfra21–1的高灵敏度、快速和准确检测。该传感器在实验条件优化后，表现出优异的检测性能，包括宽泛的检测范围和极低的检测下限。同时，其结构设计和材料选择为未来相关检测技术的发展提供了新的思路。该研究不仅在基础科学研究方面具有重要意义，也为临床诊断和精准治疗提供了实际应用的可能。未来，随着材料科学和生物传感技术的不断发展，这种新型传感器有望在更多领域得到应用，并为癌症的早期诊断和治疗提供更可靠的技术支持。