基于金泡沫纳米结构的多重免疫传感器芯片用于炎症标志物精准监测

针对慢性炎症疾病标志物检测需求，研究团队开发了基于金泡沫/还原氧化石墨烯/牛血清白蛋白(Cs/rGO/BSA)修饰的微电极阵列免疫传感器，实现了人白细胞介素-8(H-IL8)和人免疫球蛋白G(H-IgG)的超灵敏同步检测，最低检测限达fg/mL级，在人工唾液和血清中表现优异，为炎症疾病管理提供了新型便携式检测工具。

　　

慢性炎症疾病如哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD)的精准管理面临重大挑战，其核心难点在于缺乏能够实时监测超低浓度炎症标志物的便携设备。当前临床依赖的酶联免疫吸附试验(ELISA)虽可靠但耗时长，而现有电化学传感器在复杂生物基质中的抗污染能力和检测灵敏度仍待提升。尤其对于白细胞介素-8(IL-8)等关键细胞因子，其在唾液中的浓度波动与疾病活动度密切相关，但浓度范围跨越pg/mL至ng/mL，对检测技术提出极高要求。

意大利帕勒莫大学团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表的研究中，创新性地将微加工技术与纳米材料改性相结合，开发出三重微盘电极阵列免疫传感器。该器件通过氢气泡模板法构建金泡沫纳米结构增大比表面积，采用电化学共沉积形成Cs/rGO/BSA抗污染层，并利用蛋白质A/G实现抗体定向固定，最终实现对H-IL8和H-IgG的同步检测。

关键技术方法包括：1) 光刻法制备含三工作电极的微芯片；2) 阶梯伏安法沉积金泡沫纳米结构；3) 电化学共沉积Cs/rGO/BSA抗污染层；4) 戊二醛交联固定蛋白质A/G；5) 差分脉冲伏安法(DPV)检测。实验使用LPS刺激的人单核细胞源性巨噬细胞(hMDMs)培养上清和健康志愿者唾液作为真实样本。

3.1 微芯片与电极制备

通过氢气泡模板法在100μm金微电极上构筑三维金泡沫，扫描电镜显示其多孔结构使有效表面积提升2.5倍。电化学沉积的Cs/rGO/BSA层保留多孔形貌，拉曼光谱证实GO被部分还原，EDS检测到碳元素特征峰，为后续生物修饰奠定基础。

3.2 免疫传感器组装与性能

优化后的抗体固定浓度(10μg/mL)使传感器对H-IgG和H-IL8的检测限分别达69.2fg/mL和87.6fg/mL，灵敏度较文献报道提高1-3个数量级。抗污染测试显示，Cs/rGO/BSA修饰电极在人血清中信号衰减仅5.9%，显著优于未修饰电极(21.3%)。交叉实验证实双靶标检测互不干扰，在人工唾液和血清中保持优异性能。

3.3 真实样本分析

检测LPS刺激的hMDMs培养上清，稀释10⁵倍后仍能准确量化IL-8浓度变化，与ELISA结果高度吻合(R²>0.99)。唾液加标实验回收率达94-97%，证实其在复杂基质中的可靠性。

该研究通过纳米结构工程与生物界面设计的协同创新，突破了传统免疫传感器在灵敏度、抗干扰性和多重检测方面的技术瓶颈。微加工工艺确保器件可批量生产(每片硅晶圆制得111个芯片)，为开发居家炎症监测设备提供关键技术支撑。未来通过集成更多检测靶标，该平台有望成为慢性呼吸道疾病管理的革命性工具。