基于MB@ZnMOF的超灵敏电化学生物传感器用于HER2检测，该材料采用简便的超声辅助自下而上制备方法制备

《Microchemical Journal》：Ultrasensitive electrochemical biosensor for HER2 detection based on MB@ZnMOF prepared by a facile ultrasound-assisted bottom-up strategy

本研究开发了一种基于氨基功能化多壁碳纳米管（AMWCNTs）和亚甲基蓝负载的锌基金属有机框架（MB@ZnMOF）的双敏化材料电化学传感平台。优化条件下，该免疫传感器的检测范围为0.1–200 ng·mL?1，检测限低至0.05 ng·mL?1，且表现出优异的抗干扰能力和15天的高稳定性（93.9%），在真实样本检测中验证了其准确性。

　　HER2，即人表皮生长因子受体2，是乳腺癌中一个非常重要的生物标志物。它不仅在乳腺癌的诊断中起着关键作用，还对个性化治疗方案的选择以及患者的预后评估具有重要意义。因此，如何实现HER2的准确、快速检测，成为乳腺癌早期诊断、疗效评估和预后跟踪的关键环节。本研究提出了一种基于电化学传感平台的新型方法，利用氨基功能化的多壁碳纳米管（AMWCNTs）和负载了亚甲基蓝（MB）的锌基金属有机框架（MB@ZnMOF）作为双增强材料，构建了一种高灵敏度的HER2免疫传感器。通过优化实验条件，该传感器的检测范围达到0.1至200 ng·mL?1，检测限低至0.05 ng·mL?1。此外，该HER2生物传感器表现出优异的抗干扰能力，能够在多种蛋白质存在的情况下保持高检测准确性。经过15天的储存，该方法的稳定性仍可维持在93.9%。同时，该传感器在真实样本检测中也展现出良好的应用前景。

HER2作为乳腺癌中最具侵略性的亚型之一，其表达水平与肿瘤的恶性程度密切相关。根据世界卫生组织（WHO）的报告，2022年全球乳腺癌新发病例超过200万例，相关死亡人数达到67万例。HER2阳性乳腺癌患者通常具有HER2基因扩增或蛋白过度表达的特征，这会导致肿瘤更具侵袭性，并影响患者的临床预后。HER2是一种跨膜酪氨酸激酶受体，其胞外结构可脱落进入血液，成为一种可检测的循环抗原。在临床样本中，HER2的浓度通常高于15.0 ng·mL?1，因此准确评估HER2的水平对于选择最佳治疗方案、提高HER2阳性乳腺癌患者的预后具有重要意义。

为了实现HER2的高效检测，研究人员开发了多种检测方法，包括免疫组化（IHC）、下一代测序（NGS）、荧光原位杂交（FISH）、酶联免疫吸附试验（ELISA）以及电化学发光（ECLA）。这些方法各有优缺点。例如，IHC和FISH依赖于专业操作和观察者的经验，容易受到主观因素的影响，从而影响检测的准确性。NGS虽然具有较高的灵敏度和特异性，但成本高昂且耗时较长。而ECLA则需要昂贵的仪器支持，限制了其在基层医疗中的广泛应用。ELISA虽然操作简便，但在某些情况下可能产生假阳性或假阴性结果，影响诊断的可靠性。近年来，电化学免疫传感器因其高灵敏度、快速响应、高便携性和低成本等优势，被广泛应用于医学检测、环境监测和食品安全等领域。同时，将纳米材料引入电化学系统，可以显著提升免疫传感器的性能。

金属有机框架（MOFs）是一种由金属离子或簇与有机配体通过配位键结合而成的创新性晶体分子材料。这些材料具有高度的孔隙率和可调的结构特性，使其在电化学传感器的应用中展现出巨大潜力。例如，Li等人利用Co/Fe-MOF纳米片开发了一种无标记的荧光生物传感器，实现了HER2的高灵敏度和高特异性检测。Zhang等人则通过原位电化学合成制备了Co/Zn-MOF，并结合中性红标记的适配体，用于HER2的检测，其检测范围为0至15 pg/mL。相比于三维结构的MOFs，二维结构的MOF纳米片不仅保留了其体相材料的特性，还展现出更大的比表面积、更多的可接触金属活性位点、更强的吸附能力和良好的机械柔韧性，这些特性有助于提升传感器在检测应用中的性能。因此，本研究选择二维结构的Zn-BTC MOF（ZnMOF）纳米片作为基底材料。

在电化学传感器的应用中，MOFs的电导率和水稳定性仍然是亟待解决的问题。为了克服这些局限，研究者们尝试将MOFs与其他纳米材料结合，例如碳基纳米结构、金属纳米颗粒和电活性物质。其中，碳纳米管（CNTs）作为一种一维管状纳米材料，具有良好的稳定性和催化性能，被认为是电化学应用中的理想材料。特别是氨基功能化的多壁碳纳米管（AMWCNTs），通过氨基化处理提高了其电导率，从而加快了电化学反应速率，提升了传感器的灵敏度和选择性。此外，碳纳米管表面的氨基基团可以与MOFs表面的羧基基团形成更强的静电相互作用，进一步增强传感器的性能。

亚甲基蓝（MB）是一种常见的多甲基染料，具有正电荷和一个氨基助色团，通常被用作电化学反应中的红ox活性探针，以提供可检测的信号。近年来，Clara等人合成了一种MB功能化的碳点（MB-CDs），用于检测SARS-CoV-2病毒的靶序列，其检测限低至2.00 aM。此外，Esokkiya团队报道了MB修饰在玻璃碳电极（GCE）上的应用，实现了对丙烯酰胺的灵敏检测，其检测范围为0.025至16.0 μM。同样，Xu等人开发了一种基于MB的比率型电化学免疫传感器，成功用于前列腺特异性抗原和凝血酶的检测。然而，目前将MB与MOFs结合用于HER2检测的生物传感器研究仍较为有限。

基于上述背景，本研究提出了一种新型的电化学免疫传感器，通过将MB@ZnMOF与AMWCNTs复合修饰在玻璃碳电极（GCE）上（如图1所示）。MB@ZnMOF具有丰富的羧基基团，不仅有助于生物分子的结合，还能作为电化学信号的增强探针，提高检测信号的强度。同时，AMWCNTs的引入显著提高了电极表面的电子转移速率，从而增强了传感器的导电性。通过抗原-抗体特异性反应，该传感器能够对血清样本中的HER2进行高灵敏度的检测。本研究为设计一种“信号关闭”型生物传感器提供了新的思路，同时也为乳腺癌的早期诊断提供了更可靠的技术手段。

为了验证MB@ZnMOF和AMWCNTs的合成效果及其对HER2检测的贡献，本研究对所制备的复合材料进行了系统的表征分析。通过扫描电子显微镜（SEM）分析，研究了MB@ZnMOF复合材料的形貌和表面结构。实验结果表明，ZnMOF呈现出独特的层状堆叠晶体结构，其表面具有多孔、光滑的特性，并且具有清晰的边界，这一结果与之前的研究结果一致。为进一步了解材料的比表面积和孔隙特性，研究者还进行了氮气吸附-脱附等温线和孔径分布的分析，相关数据如图S1所示。这些表征结果为后续的性能优化提供了重要的理论依据。

在实际应用中，该HER2生物传感器表现出良好的稳定性、灵敏度和抗干扰能力。其检测范围达到了0.1至200 ng·mL?1，检测限低至0.05 ng·mL?1，这表明该传感器能够对HER2的低浓度变化做出准确响应。同时，该传感器在15天的储存后仍能保持93.9%的稳定性，说明其具有较长的使用寿命。在真实样本的检测中，该传感器也展现出较高的准确性，能够有效区分HER2与其他干扰物质，为临床检测提供了可靠的工具。

在构建该免疫传感器的过程中，研究人员还对相关实验参数进行了研究和优化，包括电位范围、扫描速率和检测时间等。这些参数的优化不仅提高了检测的灵敏度，还增强了传感器的稳定性和重复性。此外，通过比较不同修饰材料对HER2检测的影响，研究人员发现MB@ZnMOF与AMWCNTs的协同作用显著提升了传感器的整体性能。MB@ZnMOF的高载量能力使其能够有效负载更多的抗体，从而提高检测的灵敏度。而AMWCNTs的高导电性则有助于提高电化学信号的响应速度和强度。

本研究的成果不仅为HER2的检测提供了新的方法，还为乳腺癌的早期诊断和个性化治疗提供了技术支持。HER2的检测对于乳腺癌患者的分型、治疗方案的选择以及预后评估具有重要意义。通过本研究开发的免疫传感器，可以在临床样本中实现对HER2的快速、准确检测，为临床医生提供更可靠的诊断依据。此外，该传感器的便携性和低成本特性，使其在基层医疗和现场检测中具有广泛的应用前景。

在实际应用中，该传感器不仅能够用于HER2的检测，还可以与其他生物标志物结合，实现对多种肿瘤标志物的同步分析。这将有助于提高癌症诊断的全面性，并为多靶点检测提供新的思路。此外，该传感器的抗干扰能力使其在复杂的生物样本中也能保持较高的检测准确性，避免了传统检测方法中常见的假阳性或假阴性问题。这种性能的提升将有助于提高检测的可靠性，并为临床诊断提供更精准的数据支持。

本研究的创新点在于将MB@ZnMOF与AMWCNTs结合，形成了一种新型的复合材料，用于构建电化学免疫传感器。这种复合材料不仅保留了MOFs和碳纳米管各自的优点，还通过两者的协同作用，进一步提升了传感器的整体性能。MB@ZnMOF的高载量能力和丰富的羧基基团使其能够有效负载抗体，并增强电化学信号的输出。而AMWCNTs的高导电性则有助于提高电子转移速率，增强传感器的响应速度和灵敏度。这种双增强材料的设计思路，为未来电化学传感器的开发提供了新的方向。

此外，该传感器的构建过程也具有一定的可操作性和可重复性。通过简单的超声处理，研究人员成功合成了MB@ZnMOF复合材料，并将其与AMWCNTs结合，形成了一种稳定的电化学传感平台。这种简便的合成方法不仅降低了实验成本，还提高了实验效率，为大规模生产和应用提供了可能。同时，该传感器的稳定性也得到了验证，其在15天的储存后仍能保持较高的检测性能，这表明该传感器具有较长的使用寿命和良好的环境适应性。

本研究的实验数据表明，该HER2生物传感器在血清样本中的检测效果优于传统方法。其检测限低至0.05 ng·mL?1，表明该传感器能够检测到非常低浓度的HER2，这对于早期诊断具有重要意义。同时，该传感器的检测范围覆盖了0.1至200 ng·mL?1，能够满足不同浓度水平的检测需求。此外，该传感器的抗干扰能力也得到了验证，能够在多种蛋白质存在的情况下保持较高的检测准确性，避免了传统方法中常见的交叉反应问题。

在实际应用中，该传感器的检测结果具有良好的重复性和一致性。通过多次实验验证，研究人员发现该传感器在不同批次和不同条件下均能保持稳定的检测性能，这表明其具有良好的可重复性和可靠性。此外，该传感器的检测结果与临床检测方法相吻合，能够为临床医生提供可靠的诊断依据。这种一致性不仅提高了检测的准确性，还增强了该传感器在临床中的应用价值。

本研究的成果不仅为HER2的检测提供了新的方法，还为乳腺癌的早期诊断和个性化治疗提供了技术支持。HER2的检测对于乳腺癌患者的分型、治疗方案的选择以及预后评估具有重要意义。通过本研究开发的免疫传感器，可以在临床样本中实现对HER2的快速、准确检测，为临床医生提供更可靠的诊断依据。此外，该传感器的便携性和低成本特性，使其在基层医疗和现场检测中具有广泛的应用前景。

该HER2生物传感器的应用不仅限于乳腺癌的诊断，还可以扩展到其他癌症类型的检测。例如，HER2在其他癌症中也具有一定的表达水平，其检测可能有助于对多种癌症的早期识别和治疗方案的制定。此外，该传感器的检测原理可以借鉴到其他生物标志物的检测中，为多种疾病的诊断和监测提供技术支持。这种跨领域的应用潜力，使得该传感器的研究具有重要的现实意义。

本研究的实验结果表明，该HER2生物传感器在实际样本中的检测效果良好，能够有效区分HER2与其他干扰物质。这种检测的准确性不仅提高了诊断的可靠性，还为临床医生提供了更全面的诊断信息。此外，该传感器的检测结果具有良好的可重复性，能够满足不同实验条件下的检测需求。这种稳定性不仅提高了检测的准确性，还增强了该传感器在临床中的应用价值。

在构建该传感器的过程中，研究人员还对不同实验条件进行了优化，包括电位范围、扫描速率和检测时间等。这些优化不仅提高了检测的灵敏度，还增强了传感器的稳定性。通过优化实验条件，研究人员能够实现对HER2的高灵敏度检测，同时避免了检测过程中的信号漂移和背景干扰。这种优化策略为未来电化学传感器的开发提供了重要的参考。

此外，该传感器的构建还具有一定的可扩展性。通过调整MB@ZnMOF和AMWCNTs的比例，研究人员能够实现对不同检测需求的适应。这种可调节性不仅提高了传感器的灵活性，还增强了其在不同应用场景中的适用性。同时，该传感器的检测原理也可以应用于其他生物标志物的检测，为多种疾病的诊断和监测提供技术支持。

综上所述，本研究开发了一种基于MB@ZnMOF和AMWCNTs的新型电化学免疫传感器，用于HER2的检测。该传感器具有高灵敏度、良好的抗干扰能力、稳定的检测性能以及便携性和低成本等优势，为乳腺癌的早期诊断和个性化治疗提供了可靠的技术手段。此外，该传感器的构建方法和检测原理具有一定的可扩展性，为未来电化学传感器的发展提供了新的思路和方向。本研究的成果不仅在学术上具有重要意义，还在临床应用中展现出广阔的发展前景。