基于锌-有机框架增强芘配体电化学发光的癌胚抗原高灵敏度检测新策略

本研究针对癌症早期诊断中肿瘤标志物检测灵敏度不足的难题，开发了基于1,3,6,8-四(4-羧基苯基)芘(H4TBAPy)配体的锌-有机框架(Zn-TBAPy)电化学发光(ECL)免疫传感器。通过金属配位抑制聚集猝灭效应(ACQ)，结合聚多巴胺修饰ZIF-67(ZIF-67@PDA)的能量接收特性，构建了ECL共振能量转移(ECL-RET)检测体系，实现了癌胚抗原(CEA)在100 fg·mL?1-80 ng·mL?1范围内的超灵敏检测(LOD=0.275 pg·mL?1)，为临床肿瘤标志物检测提供了新方法。

　　

癌症早期诊断一直是医学界的重大挑战，其中癌胚抗原(CEA)作为广谱肿瘤标志物，其检测灵敏度直接关系到癌症的早期筛查效果。然而传统检测技术面临三大瓶颈：常规发光材料存在溶液稳定性差、合成工艺复杂等问题；具有高发光效率的多环芳烃(PAHs)易因π-π堆积产生聚集猝灭效应(ACQ)；现有电化学发光(ECL)传感器的检测限难以满足临床需求。石河子大学化学化工学院/绿色化工过程国家地方联合工程实验室的研究团队在《Bioelectrochemistry》发表的研究，通过创新性地设计锌-有机框架增强型ECL系统，为这一难题提供了突破性解决方案。

研究团队采用水热合成法制备Zn-TBAPy发光材料，通过表面活性剂辅助法合成ZIF-67@PDA淬灭剂，构建了三明治结构免疫传感器。关键技术包括：利用金属配位抑制H₄TBAPy的ACQ效应；通过氧化自聚实现ZIF-67的PDA包覆；基于ECL-RET机制优化能量转移效率；采用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)表征传感器组装过程。

【Zn-TBAPy的特性表征】扫描电镜(SEM)显示Zn-TBAPy呈不规则长方体形貌(约2 μm)，X射线光电子能谱(XPS)证实Zn²⁺与羧酸氧形成配位键。相比H₄TBAPy聚集体，Zn-TBAPy的ECL强度提升2.5倍，比表面积达19.75 m²/g，其刚性框架有效阻隔了π-π堆积。

【ZIF-67@PDA的优化设计】透射电镜(TEM)证实PDA包覆形成中空立方结构，紫外吸收光谱显示其在200-600 nm具有广谱吸收特性。淬灭效率测试表明，ZIF-67@PDA使ECL信号降低7719 a.u.，淬灭效率达54%-60%。

【检测性能验证】在最优条件下(pH=7.4 PBS，50 mM K₂S₂O₈)，传感器对CEA的线性检测范围跨越6个数量级(100 fg·mL^?1-80 ng·mL^?1)，LOD低至0.275 pg·mL^?1。稳定性测试显示31次循环检测的RSD<1%，对HSA、IgG等干扰物表现出优异特异性。

该研究通过分子工程策略成功解决了PAHs类发光材料的ACQ难题，开发的Zn-TBAPy具有三大优势：(1)金属配位框架增大配体间距，抑制非辐射跃迁；(2)多孔结构促进共反应剂扩散；(3)高比表面积提升发光团负载量。所构建的ECL-RET平台较传统检测技术灵敏度提高2-3个数量级，为临床肿瘤标志物检测提供了新范式。Tiantian Ji、Yige Li等研究者开创性地将MOF材料特性与ECL技术结合，不仅为ACQ效应抑制提供了普适性解决方案，也为发展下一代高灵敏度生物传感器指明了方向。