综述：基于适配体的电化学生物传感器：信号转导机制、应用进展与未来趋势

这篇综述系统阐述了核酸适配体（Aptamer）与电化学界面协同构建的生物传感器（EC biosensors）在疾病标志物、环境污染物检测中的创新应用。文章重点解析了电子转移（ET）、氧化还原循环（Redox cycling）和纳米颗粒（Au/Ag NPs）介导的信号放大机制，探讨了人工智能辅助数据解读、可穿戴设备等前沿方向，为下一代智能传感技术（如POCT、IoT集成平台）发展提供了理论框架。

　　

适配体电化学生物传感器的革命性突破

分子识别元件的进化

核酸适配体作为"化学抗体"，通过SELEX技术筛选获得，其分子量小、稳定性高且可化学修饰的特性，完美替代了传统抗体。研究表明，适配体与靶标结合时会形成G-四链体或发卡结构，这种构象变化成为信号转导的基础。金属离子适配体（如Pb²⁺特异性序列）甚至能形成T-Hg²⁺-T特殊结构，实现超灵敏检测。

三大信号放大机制

电子转移机制中，金纳米颗粒（AuNPs）修饰电极可使电子转移速率提升69倍。当血管内皮生长因子（VEGF）与适配体结合时，电极表面电荷分布改变，通过Randles-Sevick方程可计算探针覆盖度。

氧化还原循环通过MXene复合材料实现双重信号放大。例如检测玉米赤霉烯酮（ZEN）时，硫堇（Thi）/二茂铁（Fc）双信号比值策略，使检测限低至4.4×10^-11 mol/L。

纳米颗粒介导的策略最为突出：

• 金纳米棒@ZnIn₂S₄异质结使光电流增强
• 银纳米颗粒（AgNPs）通过糖链金属化作用检测糖蛋白
• Fe₃O₄@Au核壳结构实现外泌体捕获

环境健康监测应用

在有机污染物检测中，Ti₃C₂/TiO₂复合材料构建的光电化学晶体管，对环丙沙星检测限达0.029 pM。重金属检测采用多价适配体策略，多孔碳球（MCNs）修饰电极可同步检测Pb²⁺、Cd²⁺、Hg²⁺和As³⁺，在海鲜样品中回收率>93%。

食品安全领域的创新

针对谷物毒素检测：

• CRISPR/Cas12a与z-DNA级联策略检测脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）
• NiTiO₃/聚苯胺异质结（带隙2.03 eV）提升黄曲霉毒素检测灵敏度
• 双模式传感器结合光电（PEC）和电化学（EC）信号，实现交叉验证

乳制品检测则涌现出：

• CuInS₂/3D氮掺杂石墨烯对恩诺沙星的特异性识别
• 有机光电晶体管（OPECT）检测限降低2个数量级

挑战与未来方向

当前存在三大瓶颈：

1. 复杂样本中背景噪声干扰（如血清非特异性吸附）
2. 电极材料稳定性问题（MOFs材料易降解）
3. 多靶标检测时的信号串扰

未来突破点在于：

• 人工智能辅助的实时数据分析
• 柔性基底的可穿戴传感器（如Aptalyzer连续监测葡萄糖）
• 5G物联网（IoT）集成平台实现远程监控

该技术正向着智能化、微型化方向发展，在个性化医疗和现场检测（on-site testing）领域展现出变革性潜力。