孕前相关准备中激素电化学传感器的构建与应用研究进展

《Microchemical Journal》：Study progress on the construction and application of hormone electrochemical sensors for preconception-related preparation

　　

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  提出了一种用于孕前激素检测的四层模块化框架。
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  比较了从0维到3维纳米材料的界面电子转移机制。
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  在复杂基质中对抗体、适配体和分子印迹聚合物进行了系统评估。
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  展望了非侵入性即时检测转化及智能可穿戴系统。
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  分析了关键瓶颈问题，以指导下一代家用检测设备的开发。

引言

近年来，全球出生率持续下降[1]、[2]。与此同时，育龄人群中不育的比例逐渐增加，已成为全球性的主要生殖健康问题[3]。研究表明，女性终生不孕患病率约为17.5%，而12个月不孕患病率高达12.6%[4]。这些生育问题由多种因素引起，除女性特有因素外，男性因素也约占根本原因的30%至50%[5]。世界人口结构的变化和生育观念的转变导致晚婚晚育[6]，进而引发了一系列问题，如卵巢储备下降和排卵功能障碍[7]、[8]、[9]。因此，提高生育质量、应对不孕问题已成为现代生殖医学的关键任务，对改善妊娠结局具有重要作用[10]、[11]。

基于生殖健康管理系统，可通过精确测量多种激素来确定卵巢储备和其他内分泌问题，以及最佳受孕时机，例如利用抗缪勒管激素（AMH）[12]和促卵泡激素（FSH）[13]，以及内分泌状态，包括促甲状腺激素（TSH）[14]和催乳素（PRL）[15]。此外，对这些关键激素进行定量评估对于正确预测排卵窗口至关重要，主要包括黄体生成素（LH）[16]、雌二醇（E₂）[17]和孕酮（P₄）[18]，并用于精确诊断最佳受孕时间窗口。监测时机与连续性和孕前成功率之间存在直接相关性[19]。这使得它们成为激素失衡治疗管理中的重要工具[20]。

传统的实验室激素测量方法包括酶联免疫吸附测定（ELISA）、化学发光免疫测定（CLIA）和液相色谱-质谱法（LC-MS）[21]。这些技术在分析准确性方面具有不可替代的优点，但通常受限于昂贵的笨重仪器、侵入性采血以及缓慢的检测周转时间[22]。因此，它们无法满足孕前动态、频繁、个性化家庭监测的需求[23]。

为了解决上述问题，电化学传感器最近被选为一种新型的即时检测（POCT）传感器[24]，并在生殖激素监测方面展现出巨大的应用潜力[25]、[26]，这得益于其快速响应、高灵敏度、低成本以及易于微型化和集成[27]、[28]、[29]、[30]。随着非侵入性生物流体分析技术的发展，如今已能够在复杂生物样品中检测微量的类固醇激素，并为临床诊断提供基础支持[31]、[32]。此外，微流控集成使得电化学即时检测系统能够实现微体积液体处理。利用微通道、微泵阀和毛细管驱动，微流控芯片能够完成微升样品的采样、芯片上过滤和试剂释放。与阵列电极集成后，物理分区抑制了多目标交叉反应和信号串扰，而原位多模态校准电极则推动了便携式家庭检测平台的发展[33]、[34]。尽管近年来已探索了特定生殖激素检测[35]、[36]和通用电化学即时检测平台[24]、[25]、[29]，但仍缺乏涵盖整个孕前周期的综合模块化框架。为填补这一空白，本文评估了用于孕前监测的前沿电化学传感器。本综述从四层模块化设计策略的角度（电极基底、纳米材料放大、生物受体识别和界面保护）回顾相关研究。剖析了多维纳米材料的增强机制，并比较了生物受体在复杂基质中的特异性。最后，讨论了关键转化瓶颈，包括交叉干扰、非侵入性液体校准和柔性电极稳定性。

章节片段

妊娠准备期间相关激素电化学传感器的构建策略

基于四层电极架构，采用模块化设计构建了孕前激素电化学传感器的核心[37]。该系统的逐层功能优化构建包括：基底电极、纳米修饰层、生物识别层和封闭保护层[38]。

电化学传感器在特定孕前激素检测中的应用

动态精确监测核心生育激素对于排卵预测、卵巢储备评估和孕前指导至关重要[122]、[123]。电化学传感器已成为生育激素检测的主流即时检测技术，能够在血清、指尖血、尿液和唾液等多种基质中实现非侵入性监测[18]。本综述选择了女性生殖-内分泌轴的关键激素，以全面进行孕前健康监测。

未来展望与转化路径

为客观评估孕前激素电化学传感器向工业实际部署的可行性，本综述应用了SWOT分析框架。评估涵盖内在技术优势与劣势，以及外部临床市场驱动的机会与威胁（表4）。

在追求商业化转化时，研究人员需要明确区分分析灵敏度与实际临床效用。卓越的灵敏度

结论

精确、动态、非侵入性的生殖激素监测是循证孕前保健和早期生殖障碍筛查的基础。本综述总结了孕前激素电化学传感器的最新进展，提出了一种四层模块化框架：基底电极、基于纳米材料的信号放大、生物受体识别和界面信号调控。我们分析了0维<3D纳米材料与抗体、适配体结合的协同效应。

CRediT作者贡献声明

Sha Peng：撰写——原稿。Chen Huang：调查研究。Ziwen Cheng：调查研究。Shijie Qu：调查研究。Xinyi Wang：调查研究。Houyang Chen：调查研究。Maolin Yu：调查研究。Huanhuan Shi：撰写——审阅与编辑，指导。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到国家自然科学基金（批准号：62461044）、江西省自然科学基金杰出青年基金（批准号：20252BAC220010）和江西省自然科学基金优秀青年基金的资助（批准号：20242BAB22014）。

Sha Peng，2002年出生，目前是中国赣州赣南医学院的研究生。她的主要研究方向是用于生殖激素检测的电化学生物传感平台。

Sha Peng|Chen Huang|Ziwen Cheng|Shijie Qu|Xinyi Wang|Houyang Chen|Maolin Yu|Huanhuan Shi