基于3D打印电化学免疫传感器的粪便血管活性肠肽年龄相关性变化检测

研究人员针对传统检测血管活性肠肽(VIP)方法耗时、步骤复杂的问题，开发了首个3D打印碳黑/聚乳酸(CB/PLA)电化学免疫传感器。通过金纳米星(AuNSs)修饰和噻吩-2-羧酸(Th2CA)导电聚合物层构建，实现10-100 pM线性检测范围(检出限4.3 pM)，并成功应用于粪便样本检测，发现24月龄小鼠VIP水平显著低于12月龄组。该研究为胃肠功能衰老机制研究提供了创新工具。

　　

在胃肠功能调控领域，血管活性肠肽(Vasoactive Intestinal Polypeptide, VIP)作为具有28个氨基酸的神经肽，不仅参与血管舒张和免疫调节，更是胃肠运动的关键调控因子。然而现有VIP检测技术如ELISA和放射免疫分析法存在耗时长（通常需要多步样本预处理）、成本高等瓶颈，特别是在研究年龄相关的胃肠功能衰退时，缺乏便捷的检测手段。更棘手的是，目前关于VIP随年龄变化的证据仅来自一项结肠组织研究，非侵入性监测方法尚属空白。

英国布莱顿大学终身健康中心(Centre for Lifelong Health, University of Brighton)的研究团队创新性地将3D打印技术与纳米材料修饰相结合，开发出首个用于粪便VIP检测的电化学免疫传感器。这项发表在《Biosensors and Bioelectronics: X》的研究，通过金纳米星增强导电性和抗体固定化技术，实现了对微量VIP的高灵敏度检测，为胃肠衰老机制研究提供了全新工具。

研究团队运用三项核心技术：1）种子法合成多分支金纳米星(AuNSs)，通过紫外可见光谱验证其表面等离子共振特性；2）优化参数的熔融沉积3D打印技术制备碳黑/聚乳酸(CB/PLA)电极，结合电化学活化处理降低接触电阻；3）噻吩-2-羧酸(Th2CA)电聚合形成羧基化导电层，通过EDC/NHS活化实现抗VIP抗体共价固定。使用12月龄和24月龄小鼠粪便样本进行验证性研究。

【表面表征】场发射扫描电镜(FE-SEM)显示AuNSs呈典型星状结构(分支长度100-150 nm)，能谱分析(EDAX)证实了硫(Th2CA)和氮(抗体)元素的逐层沉积。电化学阻抗谱(EIS)显示AuNSs修饰使电荷转移电阻(R_ct)从149 kΩ骤降至34 Ω，而抗体固定后回升至131 kΩ，证实了传感器的有效构建。

【性能验证】以二茂铁甲醇(FcMeOH)为探针的差分脉冲伏安法(DPV)显示，VIP浓度在10-100 pM范围内与电流下降值呈线性关系(R²=0.98)。选择性实验证实400 pM的多巴胺、褪黑素等肠道常见电活性物质不产生干扰，批间精密度(RSD=4.9%)良好。

【生物学发现】在12月龄与24月龄小鼠粪便检测中，发现两组VIP水平存在显著差异(p<0.05)：雌性组从42.3±3.1 pM降至28.7±2.9 pM，雄性组从39.5±4.2 pM降至31.4±3.7 pM。这一发现与既往结肠组织研究趋势一致，首次通过非侵入方法证实VIP的年龄相关性下降。

该研究通过创新传感器设计解决了VIP检测的技术瓶颈，其重要意义体现在三方面：首先，3D打印电极结合纳米材料修饰的策略为其他生物标志物检测提供了可借鉴的技术路线；其次，粪便VIP检测模型的建立为胃肠功能衰老研究开辟了非侵入性监测新途径；最后，发现的VIP年龄相关性下降现象为解释老年性肠动力障碍提供了分子层面证据。研究团队特别指出，这种传感器未来可通过调整抗体类型，扩展到其他神经肽的检测领域，在消化系统疾病诊断和药物开发中具有广阔应用前景。