受挫的Lewis配对作用以及界面电场增强了CO?在S型CoSn(OH)?/CdS异质结上的吸附、活化及光催化还原过程

《Separation and Purification Technology》：Frustrated Lewis pairs and interface electric field enhanced CO 2 adsorption, activation and photocatalytic reduction on S-scheme CoSn(OH) 6/CdS heterojunction

微流控系统结合DNase I辅助目标回收和电化学氧化还原循环实现高灵敏度、自动化检测AFP，检测限0.5ng/mL，适用于肝癌早期诊断。

　　本文介绍了一种新型的微流控电化学适配体传感器，用于高灵敏度和自动化检测α-胎蛋白（AFP）。AFP作为肝细胞癌（HCC）的主要血清学标志物，其浓度在超过400 ng/mL时通常被认为具有肝癌风险。因此，开发一种能够有效检测低浓度AFP的方法对于癌症的早期诊断具有重要意义。目前，常规的AFP定量方法主要依赖于酶和免疫学检测，如放射免疫分析（RIA）、酶联免疫吸附测定（ELISA）、化学发光酶免疫分析（CLEIA）和荧光酶免疫分析（FEIA）。然而，这些方法存在成本高、操作复杂以及分析时间长等局限性。

相比之下，电化学技术因其高灵敏度、广泛适用性以及快速评估、操作简便、成本低、便携性和设备微型化等优势而受到广泛关注。因此，许多基于电化学的生物传感平台被开发用于AFP的检测。在生物分析技术的发展过程中，基于适配体的电化学传感器成为最受关注的研究方向之一。适配体是一种短链核酸，能够对目标分子进行高度特异性结合。这一特性主要归因于适配体的显著优势，包括优异的化学稳定性、高选择性、简单的制备、便于储存以及成本低廉。

在多种信号放大策略中，DNase I辅助的目标回收机制因其通过酶解适配体再生目标分子的能力而备受关注。这种机制允许分析物参与多个结合和裂解循环，从而增强信号输出，并实现对低浓度目标分子的高灵敏度检测。DNase I是一种在生物回收过程中常用的酶，它来源于牛胰腺，能够降解单链和双链DNA。DNase I通过特异性裂解DNA中的磷酸二酯键，实现精确的降解。这一特性已通过结构和生化研究得到验证，包括X射线晶体学，揭示了其三维结构和酶促机制。一旦目标分子与核酸形成复合物，酶促反应将裂解该链，释放目标分子，使其能够进行多次捕获。这一系列结合和裂解事件在检测区域中将促进高度差异化的信号输出。

在过去的几十年中，Tang等人报告了一种结合可区分信号标签（如铁氰化物和硫堇）的磁性石墨烯平台，用于ATP和可卡因的多路检测，并通过DNase I实现目标回收。随后，研究者们将石墨烯氧化物纳米片修饰电极应用于食品中赭曲霉毒素A的检测，使用硫堇标记的适配体和基于DNase I的辅助反应。接着，Zhang等人解决了由于适配体与电活性标签之间1:1结合比例限制灵敏度的问题，通过使用普鲁士蓝纳米颗粒（PBNP）标记的适配体和DNase I，实现了对AFP的高灵敏度检测。然而，在这些系统中，通常使用电活性标签标记寡核苷酸，这种方法存在繁琐的操作、适配体亲和力表现一般以及成本较高的问题。

为了进一步提高检测灵敏度，同时减少对电活性标签的依赖，本文提出了一种结合DNase I辅助目标回收机制和电化学红ox循环的新方法。这种方法利用了Ru-MB混合物的高效协同电子转移特性，它在电化学-化学（EC）机制中表现出良好的性能。Ru-MB混合物能够通过氧化还原反应实现电子转移，从而降低检测限。该策略通过信号分子的重复贡献，累积电流输出，提高响应强度。这一机制可以由化学、酶促、纳米催化或电化学反应再生，因此成为一种无需表面修饰和使用标签的替代方法，使其具有更简便和通用的特点。

本文设计的微流控电化学适配体传感器，利用了DNase I辅助的目标回收机制与Ru-MB红ox循环的结合。该传感器能够在微流控平台上实现自动化操作，简化了检测步骤。其生物系统采用合成的适配体，用于AFP的识别，并通过物理吸附方式固定在石墨烯电极上。适配体的固定依赖于疏水作用和π-π相互作用，这些相互作用不仅增强了适配体在电极上的稳定性，还提高了电子转移效率。当检测样品中存在AFP时，适配体会与目标分子形成复合物，并从电极表面解离。这一过程导致适配体在电极上留下的量减少，从而减少了磷酸二酯骨架带来的负电荷，进而降低了电流信号。通过这种方式，适配体的解离程度与AFP的浓度成正比，从而实现了信号的定量分析。

该传感器的检测过程通过电化学方法进行，使用恒电流法（chronoamperometry）测量红ox探针的电流响应变化，从而计算AFP的浓度。由于适配体与AFP之间的特异性结合，这种检测方法在保持高灵敏度的同时，也具有良好的选择性。此外，该传感器被集成到一种基于毛细作用的微流控装置中，实现了自动化酶信号放大和顺序试剂输送。整个检测过程仅需两步操作：加入样品和缓冲液，这大大简化了操作流程，提高了检测效率。

微流控装置的设计充分利用了毛细作用的原理，通过通道壁的表面张力控制液体流动，无需外部泵送即可实现液体的流动。这种设计不仅提高了装置的便携性和成本效益，还增强了其在资源有限环境下的应用潜力。此外，该装置通过三维流设计实现了顺序流动功能，使得微流控装置在无需编程系统的情况下，仍能完成多个步骤的自动化操作。这一特性使其在临床应用中具有极大的优势，特别是在现场快速诊断方面。

在实际应用中，该传感器被用于检测健康个体和HCC患者的血清中AFP的浓度，并与医院的标准方法进行了比较。实验结果表明，该传感器能够准确地反映AFP的浓度变化，验证了其在HCC诊断中的可行性。该传感器不仅在检测灵敏度上表现出色，还具备良好的特异性，能够区分健康样本和HCC样本中的AFP。此外，其检测范围为0.5至500 ng/mL，检测限为0.5 ng/mL，表明其在低浓度AFP检测方面具有显著优势。

本文的研究成果表明，通过将DNase I辅助的目标回收机制与Ru-MB红ox循环相结合，可以开发出一种高效、高灵敏度、且操作简便的微流控电化学适配体传感器。该传感器不仅能够实现自动化操作，还具备良好的选择性和稳定性，适用于多种检测环境。此外，其在HCC诊断中的应用潜力得到了验证，为临床诊断提供了一种新的选择。这种技术的推广有望提高AFP检测的效率和准确性，同时降低检测成本，使得更多资源有限地区的医疗机构能够受益。

在实验过程中，研究人员使用了多种化学和设备，包括石墨烯电极、DNase I酶、Ru-MB混合物等。这些材料的选择和使用方式均经过详细研究和优化，以确保检测结果的准确性和可靠性。此外，微流控装置的构建和组装也遵循了严格的流程，确保其在实际应用中的稳定性和可重复性。通过这些努力，研究人员成功开发出一种适用于AFP检测的新型传感器，并验证了其在实际样本中的性能。

综上所述，本文提出了一种基于DNase I辅助目标回收和Ru-MB红ox循环的微流控电化学适配体传感器，用于AFP的高灵敏度和自动化检测。该传感器不仅克服了传统方法的局限性，还具备良好的选择性和稳定性，适用于多种检测环境。其检测范围和检测限表明，该传感器在低浓度AFP检测方面具有显著优势，为HCC的早期诊断提供了新的可能性。此外，该传感器的设计和构建过程体现了其在便携性、成本效益和自动化方面的突出特点，使其在资源有限地区具有广泛的应用前景。本文的研究成果不仅推动了电化学传感技术的发展，也为临床诊断提供了一种新的工具。