基于钯纳米结构的无标记电化学生物传感器用于HbA1c和胰岛素同步检测的创新研究

糖尿病管理亟需突破性检测技术！研究人员开发出基于钯纳米结构（PdNS）的双功能电化学生物传感器，首次实现单芯片同步检测糖化血红蛋白（HbA1c）和胰岛素。该传感器通过双工作电极设计（WE1/WW2）分别固定抗HbA1c和抗胰岛素抗体，利用H2O2氧化还原反应实现高灵敏度（R2>0.96）、快速（15分钟）检测，为糖尿病精准诊疗提供革命性工具。

　　

糖尿病管理面临重大挑战：尽管胰岛素是血糖调控的核心激素，但临床仍主要监测波动性大的血糖指标，而反映长期血糖控制的糖化血红蛋白（HbA1c）与胰岛素水平难以同步检测。现有胰岛素检测依赖耗时昂贵的ELISA技术，HbA1c检测则需专业设备，导致糖尿病分型诊断和个性化治疗缺乏实时数据支持。

针对这一技术瓶颈，韩国庆北大学（Keimyung University）Dongsan医学中心的研究团队在《Sensors and Actuators Reports》发表突破性成果。他们创新性地开发出基于钯纳米结构（PdNS）的双通道无标记电化学生物传感器，首次实现单滴血中HbA1c和胰岛素同步定量检测。该研究通过巧妙设计双工作电极（WE1和WE2），分别固定抗HbA1c和抗胰岛素抗体，利用PdNS的双重功能——既作为抗体共价锚定位点，又催化H₂O₂氧化还原反应，建立15分钟快速检测体系，为糖尿病精准管理提供全新解决方案。

关键技术包括：1）采用电位沉积法在丝网印刷碳电极上构建PdNS界面；2）通过硫醇键合实现抗体定向固定；3）建立差异信号机制——WE1检测HbA1c血红素（heme）基团氧化电流，WE2检测胰岛素结合导致的电流抑制；4）优化PdCl₂浓度（5mM）、抗体负载量（HbA1c 0.75 mgmL^-1，胰岛素0.3 mgmL^-1）等参数；5）使用8例临床血样验证性能。

3.1 PdNS沉积评估
通过SEM/EDS证实-0.2V沉积条件可获得31.3% Pd覆盖率，CV曲线显示Pd2?在-0.2V~0.1V发生核化反应，符合[PdCl₄]2?还原为Pd(s)的机理。

3.2 电极修饰优化
CV证实PdNS使H₂O₂响应电流提升3倍，胰岛素检测采用"信号抑制"模式，最佳条件为5mM PdCl₂+0.3 mgmL^-1抗体，15分钟孵育时间。

3.4 灵敏度
线性范围覆盖临床需求（HbA1c 4-20%，胰岛素0.1-20 ngmL^-1），检测限达0.61% HbA1c和0.02 ngmL^-1胰岛素，血清基质中R²>0.96。

3.5 稳定性测试
在pH 6-8、温度<60°C环境下保持>93%活性，150天储存稳定性>90%，极端条件（pH 2/11、100°C）会导致抗体变性。

3.6 选择性验证
在葡萄糖、乳酸、白蛋白等干扰物存在下，恢复率>94%，仅尿素/乳酸组降至85%，可能与血红蛋白变性有关。

3.7 临床验证
8例血样检测与商业试剂盒高度一致（Pearson系数0.94/0.90），Bland-Altman分析显示95%数据落在置信区间，成本较商业试剂降低44%。

这项研究开创性地将PdNS的催化特性与抗体识别相结合，解决了传统技术无法同步检测HbA1c和胰岛素的技术难题。其创新性体现在：1）首次实现单芯片双标记检测；2）无需标记物，直接利用HbA1c血红素电活性；3）建立电流抑制法检测非电活性胰岛素。临床数据显示其与金标准方法具有等效性，且检测速度（10秒）远超ELISA（≥2小时）。该技术为糖尿病分型诊断、胰岛素抵抗评估提供实时数据支持，尤其适合基层医疗场景应用。未来通过集成微流控和物联网技术，有望发展成为新一代智能糖尿病监测系统。