MXene增强的电化学免疫传感检测抗缪勒管激素用于多囊卵巢综合征的早期筛查

《Microchemical Journal》：MXene-enhanced electrochemical immunosensing of Anti-Mullerian Hormone for early screening of polycystic ovary syndrome

　　•开发了一种新型V2CTx MXene基电化学免疫传感器，用于灵敏检测抗缪勒氏管激素（AMH），这是PCOS诊断的关键生物标志物。
•所制备的传感器在飞克范围内表现出超低的检测限（LOD），能够实现激素失衡的早期检测。
•由于V2CTx MXene的高导电性和表面官能团，该传感器表现出宽线性检测范围以及优异的灵敏度和重现性。
•在加标血清样本中成功检测到AMH，突显了其用于PCOS无创即时诊断的潜力。
•该平台具有高选择性、稳定性和实际适用性，使其成为下一代生物传感和临床诊断的有前景的候选方案。

引言

多囊卵巢综合征（PCOS）是一种常见的代谢和内分泌疾病，全球患病率为8–17%。这些数字往往因用于诊断育龄女性的诊断框架不同而有所波动[1]。PCOS的临床诊断涉及关键特征，包括排卵功能障碍、高雄激素血症，并伴有多囊卵巢的存在，其中近70–80%的患病女性表现出月经不规律，高达60–80%表现出生化学或临床高雄激素血症的迹象[2]。PCOS被认为是一种终身性生殖、内分泌和代谢性疾病，是女性不孕的主要原因之一，约占无排卵性不孕病例的70–85%。此外，PCOS通常与患病女性患代谢综合征的风险增加2–4倍相关，同时肥胖（因人群而异，38–88%）、血脂异常和心血管危险因素的患病率也更高[3]，[4]，[5]。该综合征还带来显著的心理社会负担，据报道高达40–60%的患者出现焦虑和抑郁，进一步强调了其多方面的临床和公共卫生影响[1]，[6]。

最近，一项国际循证共识提议将PCOS更名为多内分泌代谢性卵巢综合征（PMOS），以强调与该疾病相关的复杂内分泌、生殖和代谢表现。更新后的诊断框架将抗缪勒氏管激素（AMH）视为成人诊断的临床相关生物标志物，反映卵巢功能障碍和卵泡发生改变[7]。这种不断发展的认识增强了AMH的临床意义，并强调了对灵敏、快速、可及的分析平台的需求，以实现在分散的即时检测环境中对其准确定量。随着PMOS框架拓宽了诊断标准，它相应地增加了即时检测所需的AMH检测量，这加强了像本研究开发的快速、低成本免疫传感平台的理由。

AMH已成为诊断和评估PCOS及其他卵巢疾病最具临床相关性的生物标志物之一[5]。它是一种二聚体糖蛋白，属于转化生长因子-β（TGF-β）超家族，在性别分化中发挥重要作用，并作为细胞增殖和分裂的调节因子。它由卵巢卵泡的颗粒细胞形成，被认为是卵巢储备和生殖潜力的可靠指标[8]。

除了PCOS诊断外，AMH检测还用于评估和监测多种生殖疾病，包括严重卵巢功能不全、卵巢早衰、肿瘤生育力评估和隐睾症[4]，[9]。与传统的促性腺激素标志物如促卵泡激素（FSH）和黄体生成素（LH）相比，AMH具有显著的临床优势，因为其水平保持相对稳定，且可在月经周期的任何阶段进行检测。由于这一特性，AMH是生育力评估和卵巢功能评价的宝贵生物标志物[3]，[8]。

AMH浓度的临床意义在于它提供了卵巢储备的关键指标，特别是低于0.5 ng mL?1的水平通常表明卵巢储备功能下降，而0.5–4 ng mL?1范围内的值被认为是标准水平。在健康的30岁以下女性中，AMH水平通常为1.8至4.8 ng mL?1，而42岁以上年龄组的女性通常表现出0.25至1.2 ng mL?1的水平。由于大约1 ng mL?1的AMH浓度通常被认为是卵巢储备功能减退的临床阈值，因此迫切需要开发能够测量低AMH浓度的极其精确和灵敏的检测方法[9]。

目前AMH定量的方法主要基于免疫分析技术，如金标准酶联免疫吸附测定（ELISA）和快速侧向层析免疫测定（LFIAs）。尽管这些方法提供了可接受的灵敏度和特异性，但它们通常受到多步骤方案、1至4小时的检测时间、对中心实验室基础设施的依赖以及需要培训人员的限制。此外，传统检测通常依赖静脉血采样，这增加了程序复杂性，并限制了其适用于频繁或分散检测的适用性。

这些限制在即时检测（PoC）诊断方面产生了明显的转化缺口。尽管这些平台具有实用性，但现有平台往往无法满足“ASSURED”标准，即可负担性、灵敏性、用户友好性、特异性、稳健性、无需设备和最终用户可交付性，这些对于在资源受限和偏远环境中进行可扩展部署至关重要。这强调了需要下一代PoC AMH检测平台，能够提供快速（<15–20分钟）、微创或无创检测，低样本量需求，高分析灵敏度（ng mL?1至pg/mL范围），并与便携式或智能手机读数系统集成。这样的进展将实现实时卵巢储备评估，改善生育诊断的可及性，并支持在传统临床实验室之外进行大规模筛查和监测[6]，[10]，[11]。因此，近年来，各种传感平台，包括比色法、荧光法、表面增强拉曼散射（SERS）和电化学传感器，已引起研究人员的广泛关注[12]，[13]，[14]。其中，电化学生物传感因其卓越的灵敏度、快速响应、操作简便以及与便携式设备的兼容性，已成为早期诊断的稳健平台。依赖抗体的传感器提供优异的特异性，而纳米材料的集成由于具有巨大的比表面积和优异的电学特性，显著增强了信号放大和电子转移动力学[15]，[16]，[17]，[18]，[19]。最近的研究展示了双模式生物传感平台，将电化学检测与荧光或比色读数相结合，以提供互补的信号信息并提高分析置信度。此类多模态系统已应用于血清和生物组织中的多种分析物，展示了交叉验证信号生成的潜在优势。然而，这些方法可能需要额外的探针合成、标记策略和光学仪器，这会增加平台复杂性[20]，[21]，[22]，[23]，[24]，[25]，[26]。因此，单模式电化学传感器因其简单性、便携性和易于集成到即时检测应用中而具有显著优势。在此背景下，文献中已报道了多种基于广泛材料的电化学传感平台，包括石墨烯、MXenes、量子点、纳米材料和金属有机框架（MOFs）[27]，[28]，[29]，[30]。在MXene家族成员中，V2CTx被选为优先于Ti3C2Tx用于抗AMH抗体固定，这是基于有关抗体-表面相互作用和界面电子转移行为的补充机理证据。Rethinasabapathy等人[31]报道，多层Ti3C2Tx与IgG抗体表现出强相互作用，这与其相对较高的氟表面端基含量相关。相比之下，V2CTx显示出较弱的非特异性抗体相互作用，同时吸附的IgG具有高热稳定性（高达约88 °C），这些特性可能有利于在保持固定化抗体结构稳定性的同时最大限度地减少过度的非特异性吸附。此外，我们课题组之前的研究使用电化学和DFT相结合的方法直接比较了基于Ti3C2Tx和V2CTx的纳米电极的异质电子转移动力学[32]，证明它们不同的表面官能团化学性质导致不同的界面电子转移行为。综合这些发现，为选择V2CTx用于本抗AMH免疫传感器提供了机理依据，因为它提供了抗体相容性表面相互作用和有效抗体固定及信号转导所需的电化学特性的合适组合。

尽管AMH具有医学重要性，但AMH电化学生物传感的应用相对未被充分探索。此外，V2CTx MXene用于AMH早期检测的应用迄今尚未报道。

本研究提出了一种新型V2CTx MXene电化学免疫传感器，用于灵敏检测与PCOS相关的重要生物标志物AMH。该传感器通过简单的滴涂方法将V2CTx集成到纸基碳丝网印刷电极（CSPPE）上。利用循环伏安法实现电化学信号放大，获得了有前景的线性范围和优异的分析灵敏度。所开发的平台展现出在人体血清中快速、低成本和可靠检测AMH的强大潜力，为PCOS早期筛查和分散式即时诊断提供了可行途径。

材料与方法

碳电极购自印度德里3 K Nano Pvt. Ltd.。磷酸二氢钠（NaH2PO4）、磷酸氢二钠（Na2HPO4）、氢氧化钠（NaOH）、丙酮和二甲基甲酰胺（DMF）购自Merck India Pvt. Ltd.。亚甲蓝（C16H18ClN3S）购自Thermo Fisher Scientific India Pvt. Ltd.。

牛血清白蛋白（BSA，98%纯度）购自印度马哈拉施特拉邦Sisco Research Laboratories Pvt. Ltd.。前驱体V2AlC MAX相粉末购自……

X射线衍射表征

通过XRD研究了从V2AlC MAX相到V2CTx MXene的相变，如图1(a)所示。原始V2AlC MAX相在2θ = 13.4°处表现出明显的衍射峰，对应于（002）晶面，这是V2AlC层状六方结构的关键特征（JCPDS卡片号00–029-0095）。该反射的计算晶面间距（d）约为6.60 ?，使用Scherrer公式计算的晶粒尺寸为38 nm，这表明……

结论

当前研究聚焦于一种高性能V2CTx MXene基免疫传感器，用于超灵敏检测AMH，这是一种临床公认的生物标志物，最近已被纳入更新的PCOS国际诊断建议（最近称为PMOS）。MXene工程界面具有优异的导电性和高比表面积，可实现有效的抗体固定和快速电子转移，提供宽动态范围和低LoD。

CRediT作者贡献声明

Reema Rawat：撰写 – 初稿，调查研究，正式分析。Himanshu Prasad Mamgain：资源，方法学。Sonam Singh：资源，方法学。Tapas Goswami：验证，资源，项目管理。James McLaughlin：撰写 – 审阅与编辑，监督。Ashish Mathur：撰写 – 审阅与编辑，可视化，监督，资源，项目管理，资金获取。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何已知的竞争财务利益或个人关系，可能影响本文所报告的工作。

致谢

作者感谢印度科学与工业研究理事会（CSIR）以高级研究奖学金（SRF）形式提供的财务支持，以及印度德拉敦UPES中央仪器中心（CIC）提供的仪器和技术援助。本研究的伦理批准来自UPES机构伦理委员会（批准号UPES/IEC/May/2026/4）。

Reema Rawat|Himanshu Prasad Mamgain|Sonam Singh|Tapas Goswami|James McLaughlin|Ashish Mathur