电化学生物传感器在空气病毒蛋白采集装置中的应用：实现H1N1血凝素高灵敏检测与实时监测的创新平台

本综述重点介绍了电化学生物传感器在空气传播病毒蛋白采集与检测中的前沿应用。研究通过设计三种不同结构的传感器电极，优化了基于生物素-链霉亲和素（Biotin–Streptavidin）的固定化策略，实现了对H1N1血凝素蛋白（HA）的高灵敏度检测（检测限低至0.045 pg/ml），并验证了其在集成水循环系统中的长期稳定性。该系统为实时环境病毒监测提供了便携、低成本的解决方案，具有重要的公共卫生意义。

　　

亮点

• 1.
  设计并评估了三种电化学生物传感器芯片。10 μm梳状电容传感器被确定为空气病毒收集器水循环系统中检测H1N1 HA蛋白的最佳配置，检测范围达1 pg/ml至1 ng/ml，检测限(LOD)为0.0456 pg/ml。
• 2.
  比较了三种传感器在空气病毒收集器中的长期信号稳定性。生物素-亲和素/链霉亲和素（Biotin–Avidin/Streptavidin）固定化系统性能优于硫醇化适体系统。优化后的传感器在2天后电容漂移约为5%，4天后为10%。尽管连续长期监测仍具挑战，该病毒采集-传感集成平台展现出巨大潜力。未来结合无线电路、蓝牙传输和移动应用可实现实时警报，助力环境病毒监测与早期疫情预防。

材料与方法

实验描述（S1.1. 材料，S1.2. 仪器，S1.3. 电化学传感器制备，S1.4. 表面功能化结果）详见支持信息。

电化学传感器的制备与结构设计

为筛选最适合连续生物传感应用的配置，本研究设计、制备并评估了三种类型的电化学传感器。每种设计采用不同的电极结构，并使用不同离子溶液检测H1N1血凝素（HA）蛋白，以评估各传感器平台的可行性与兼容性。传感器按以下三类设计（如图1所示）：

不同传感电极对H1N1 HA蛋白检测的灵敏度评估

对三种传感电极（标记为A型、B型和C型）检测H1N1 HA蛋白的灵敏度进行了评估。如图2(a)所示，每个传感器分别浸入20 ml含有不同浓度H1N1 HA蛋白的检测液槽中。蛋白浓度按从低到高排列以模拟不同病毒载量条件。采用电化学测量方法（如循环伏安法(CV)或…）

不同结构传感器对H1N1 HA蛋白的检测结果

为验证本研究开发的三种不同结构传感芯片的性能，测试了各传感器对不同浓度H1N1 HA蛋白的检测能力，旨在评估每种传感器设计对目标蛋白的电响应趋势和灵敏度。各传感器类型的检测结果如下：

对于A型电极，检测不同浓度的H1N1 HA蛋白时，完全功能化的…

结论

本研究评估了三种不同电极结构对H1N1 HA蛋白的检测性能，并将其集成于先前开发的带水循环系统的空气病毒收集装置中，以评估其长期稳定性。结果表明，10 μm梳状电极是最合适的配置。优化后的10 μm梳状电极对H1N1 HA蛋白的检测范围为1 pg/ml至1 ng/ml…