《Sensors and Actuators Reports》：Electrochemical Leukemia Analytical Device (ELAD): A rapid and sensitivity platform for the detection of podoplanin in the context of Acute Promyelocytic Leukemia (APL) Diagnosis
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本研究首次报道了一种用于血浆样本中平足蛋白（PDPN）检测的电化学生物传感器，并将其应用于急性早幼粒细胞白血病（APL）的诊断场景。该装置以纸基为基底，采用激光刻写石墨烯（LSG）技术制造，实现了可规模化制备与良好的重现性，其阳极峰电流（Ipa）和阴极峰电流（
本研究首次报道了一种用于血浆样本中平足蛋白（PDPN）检测的电化学生物传感器，并将其应用于急性早幼粒细胞白血病（APL）的诊断场景。该装置以纸基为基底，采用激光刻写石墨烯（LSG）技术制造，实现了可规模化制备与良好的重现性，其阳极峰电流（Ipa）和阴极峰电流（Ipc）的相对标准偏差（RSD）分别为3.5%和4.1%。该器件由三维多孔石墨烯电极构成，并修饰了聚乙二醇功能化氧化石墨烯（GO-PEG）与MXene纳米材料，用于与抗PDPN单克隆抗体进行生物偶联。该生物传感器可在无需样品前处理的条件下实现PDPN的快速检测（35分钟），检测范围为0.25至250 ng mL-1。通过化学计量学工具，该传感器能够基于PDPN检测结果区分健康个体、APL患者及其他类型急性髓系白血病（AML）患者的血浆样本，为白血病亚型的血浆样本分类提供了初步的概念验证。
研究背景与科学问题
造血干细胞（HSC）的分化调控异常可导致急性白血病，其中急性早幼粒细胞白血病（APL）是急性髓系白血病（AML）的一种独特亚型，其特征为骨髓中未成熟早幼粒细胞的异常积聚。APL由涉及维甲酸受体α（RARα）基因的染色体易位所定义，最常见的是形成PML-RARα融合基因。APL患者在疾病早期具有极高的出血和血栓风险，因此早期诊断至关重要。然而，APL的确诊依赖于流式细胞术和分子分析等复杂检测手段，这些技术在基层临床机构中并不普及，常导致诊断延误。平足蛋白（PDPN）是一种跨膜糖蛋白，近期研究发现其在APL原始细胞上异常表达，并与APL的止血异常相关，这提示PDPN可作为APL诊断的辅助标志物。因此，开发一种简便、可及且准确的PDPN检测方法，有望推动APL的即时检测（POC）。尽管已有环介导等温扩增（LAMP）和侧向层析免疫测定（LFIA）等POC方法，但它们仍存在耗时长、灵敏度有限、样品前处理繁琐及成本高等局限。电化学生物传感器因其分析时间短、设备小型化和便携性而成为克服这些缺点的有力工具。激光刻写石墨烯（LSG）技术因其无掩模制造、可规模化、重现性好、导电性优异及低成本等特性，在传感器领域备受关注。
研究内容与结论
研究人员开发了一种名为电化学白血病诊断装置（ELAD）的新型电化学生物传感器，用于血浆中PDPN的检测。该传感器以纸为基底，通过蓝色激光刻写工艺制备LSG电极，并依次修饰GO-PEG与MXene复合纳米材料、抗PDPN单克隆抗体（MAb）以及牛血清白蛋白（BSA）封闭液。研究表明，该传感器可在35分钟内完成对PDPN的检测，仅需2.5 μL样本，线性检测范围为0.25至250 ng mL-1，在血浆中的检出限（LOD）和定量限（LOQ）分别达到4.3×10-12 g mL-1和14.2×10-12 g mL-1。该传感器展现出优异的绿色化学特性，其AGREE评分高达0.88。通过对22例APL、22例其他AML患者及15例健康个体的血浆样本进行分析，并结合数据驱动软独立建模分类法（DD-SIMCA）化学计量学分析，该传感器成功实现了对APL样本的有效分类，受试者工作特征（ROC）曲线下面积（AUC）达0.964，灵敏度和特异性分别为90.9%和90.5%。
关键技术方法
- 1.
传感器制造：采用蓝色激光在经硼砂处理和蜡疏水化的色谱纸上刻写，制备三电极体系的LSG电化学传感器。
- 2.
电极修饰：通过滴涂法将GO-PEG与MXene复合纳米材料修饰于工作电极（WE）表面，随后利用EDC/NHS化学偶联法固定抗PDPN单克隆抗体，并用BSA封闭非特异性结合位点。
- 3.
电化学检测：采用计时电流法，在含有[Fe(CN)6]3-/4-氧化还原探针的溶液中，于0.5 V电位下测量电流信号变化，通过相对电流值定量PDPN浓度。
- 4.
样本分析与化学计量学：对来自坎皮纳斯州立大学血液学和血液治疗中心的22例APL、22例其他AML患者及15例健康个体的血浆样本进行检测，并应用DD-SIMCA模型进行样本分类。
研究结果
3.1. 纸基LSG制备优化及裸电极重现性研究
研究人员通过改变激光功率和雕刻速度，筛选出最优参数（50%功率，80%速度），该条件制备的LSG电极具有最低电阻和最佳电化学性能。在最优条件下制造的8个不同批次传感器，其阳极峰电流和阴极峰电流的RSD分别为3.5%和4.1%，表明该方法具有良好的可规模化和重现性。
3.2. 形貌与结构表征
扫描电子显微镜（SEM）显示，LSG电极呈现粗糙、不规则的3D多孔结构，比表面积为13.642 m2 g-1。拉曼光谱证实了多层石墨烯衍生物的形成。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）进一步确认了GO-PEG、MXene及LSG材料的组成和结构特征。
3.3. 电化学生物传感器的设计与表征
循环伏安法（CV）、计时电流法和接触角测量均证实了每一步功能化修饰的成功。随着GO-PEG-MXene、抗PDPN抗体和BSA的逐步修饰，电极表面的电流响应逐渐降低，接触角也从疏水的92.85°降至亲水的33.44°，表明电极表面被有效覆盖和功能化。
3.4. 生物传感器的电分析性能
该传感器的工作原理基于抗原-抗体结合引起的电流抑制效应。在最优孵育时间（30分钟）下，在血浆基质中建立的校准曲线在0.25至250 ng mL-1范围内呈良好线性（R2=0.984）。LOD和LOQ分别为4.3×10-12 g mL-1和14.2×10-12 g mL-1。AGREE绿色分析化学评估得分为0.88，体现了其环保可持续的特点。
3.5. 重现性与交叉反应性测试
使用10个不同的传感器对25 ng mL-1的PDPN进行检测，RSD为5.5%，显示出极佳的重现性。针对人血清白蛋白（HSA）、流感H1N1血凝素（HA）、白三烯A4水解酶（LTA4H）、胱抑素B（CSTB）和VI型胶原α1链（COL6A1）等潜在干扰蛋白的交叉反应性测试表明，相对电流响应均低于17%，远低于设定的阳性判断阈值（20.6%），证明了传感器的高选择性。
3.6. ELAD生物传感器在PDPN检测中的表现：DD-SIMCA分析
在对临床样本的分析中，ROC曲线分析确定20.6%为最佳截断值，此时区分APL与非APL样本的灵敏度为90.9%，特异性为90.5%（AUC=0.964）。DD-SIMCA化学计量学模型成功地将APL患者样本与健康个体及其他AML患者样本区分开来，进一步证实了该传感器在APL诊断中的应用潜力。
总结与讨论
该研究首次报道了一种基于纸基LSG技术的电化学生物传感器ELAD，用于检测血浆中的PDPN以辅助APL诊断。该平台整合了GO-PEG和MXene纳米材料以增强传感性能，能够在35分钟内实现快速检测，且无需样品前处理。通过对临床样本的分析并结合DD-SIMCA化学计量学模型，该传感器展现了区分APL与其他AML亚型和健康个体的能力，ROC分析的AUC值为0.964。研究结论指出，ELAD作为一种便携、快速、环保且可规模化的检测平台，在APL的实验室诊断和未来整合到POC检测场景中展现出巨大潜力，为白血病的早期诊断和管理提供了新的可能性。
