一种低成本、可扩展的ENIG-PCB电极平台，具有可复制的电化学生物传感性能

《IEEE Sensors Journal》：A Low-Cost, Scalable ENIG-PCB Electrode Platform With Reproducible Performance for Electrochemical Biosensing

　　

电化学生物传感器在临床诊断中得到广泛应用，但符合重复性要求的商用基底每个电极的成本几美元，这使得床旁诊断和高通量生物传感器研究难以实现。带有无电镍/浸金（ENIG）表面的印刷电路板（PCB）电极能够以较低的成本提供相同的金属表面，但由于商用金层的薄厚度，电极之间存在差异。我们报道了一种两步清洗和调节方案，可将独立制备的ENIG-PCB电极调整到统一的电化学基准状态。多模式表面表征（X射线光电子显微镜和扫描电子显微镜（SEM）、接触角测量以及探针轮廓测量）证实了污染物层的去除以及镍氧化物特性的降低。在独立制备的49个清洗电极样本中，电荷转移电阻的平均值为45.43?±?2.67?Ω，变异系数为5.88%。在Fe²⁺/Fe³⁺氰化物氧化还原探针的20倍浓度范围内，清洗后的平台再现了扩散控制的Randles–Sevcik规律（Ipa∝ C^1.01, R² = 0.999）和峰对称性（|Ipa/Ipc|=1.03?±?0.02），这些特性与标准多晶金电极相同。作为概念验证，我们在清洗后的平台上使用夹心格式的β -hCG（β -人绒毛膜促性腺激素）免疫测定，其信噪比为30（相对于空白对照）。每个电极的基底成本约为6.8美元（<| 10），使得在商业可扩展的基底上进行临床应用和生物传感器方法开发成为可能。

蛋白质定量是常规临床诊断的需求，涉及心脏标志物、传染病、妊娠检测和慢性疾病监测等多个领域。有多种平台可以满足这一需求（ELISA、电化学生物传感器以及组合电化学-ELISA格式），但它们在成本和灵敏度之间存在权衡。这些技术在实际应用中的主要限制在于成本，而非分析性能：每次检测的成本高于几卢比，使得大规模的床旁诊断难以实现；相反，低成本的诊断方法大大擴大了受众范围[1],[2],[3],[4],[5],[6]。同样的成本压力也限制了电化学生物传感器研究的通量，因为迭代方法开发需要大量电极才能达到下游应用所需的准确性和电极间重复性。对于任何定量电化学生物传感器来说，将测量信号转换为分析物浓度的校准曲线依赖于整个电极群体中的稳定电化学基线。当电极间界面差异较大时，校准不确定性会增加检测限（LoD），从而降低分析分辨率。任何后续信号处理都无法恢复这种性能下降。商用传感器电极（块状金盘或丝网印刷金（SPGE）基底）虽然满足了重复性要求，但每个电极的成本（通常为几美元）与大规模诊断应用或高通量研究迭代不兼容。