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电化学检测技术已经逐渐突破了实验室的局限，逐步走入医院和临床环境，成为早期诊断的重要手段。近年来，随着新型电极材料和信号放大技术的创新，这一技术在临床实际应用中的表现更加优异，尤其是在癌症早期筛查、传染病快速检测以及慢性病监控中表现出色。本文将结合最新研究文献，深入探讨电化学检测技术在医工领域的实际应用及未来发展潜力。(第二期）
一、文献解读
文章一
研究背景 ：
肺腺癌是常见的恶性肿瘤之一，早期诊断对于改善患者预后至关重要。Shengting Zhu团队的研究开发了一种新型无标记、无酶电化学生物传感器平台，用于检测血清中与早期肺腺癌相关的miR-4732-5p。这项研究于2024年5月16日发表于《Scientific Reports》并引起了广泛关注。
主要内容
本研究开发了一种基于电化学生物传感器的检测方法，用于检测与早期肺腺癌（LUAD）诊断相关的血清岩藻糖基化细胞外囊泡（EVs）miR-4732-5p。该检测方法利用了基于Mg2+依赖性DNA酶裂解核酸锁（NAL）循环和杂交链式反应（HCR）信号放大的电化学方法，具有高灵敏度、特异性、准确性、重复性和稳定性等优点。
S1.电化学生物传感器检测细胞外囊泡miRNAs的原理。(A)靶miRNA保持再循环以与NAL结合以释放更多链。(B)用于电化学测量的电极上的链识别和信号放大。
文章亮点
1.新颖的检测平台：本研究首次构建了一个无标记、无酶、超灵敏的电化学生物传感器平台，用于血清岩藻糖基化细胞外囊泡miR-4732-5p的检测。
2.双信号放大：该平台利用NAL循环和HCR的双重信号放大机制，有效提高了检测灵敏度。
3.低成本、易操作：与传统的RT-qPCR检测方法相比，该平台具有成本低、操作简单、便携等优点。
结论与展望
本研究开发的新型电化学生物传感器平台为早期LUAD的血清学筛查提供了高效、可靠的方法，有望降低患者的死亡率。未来研究将进一步优化该方法，并将其应用于更多与早期LUAD相关的血清细胞外囊泡miRNA的检测，以及其他相关疾病的早期诊断。
文章二
金纳米结构增强的免疫传感：用于早期疾病诊断的VEGF肿瘤标志物的超灵敏检测
研究背景
血管内皮生长因子（VEGF）是多种癌症的关键肿瘤标志物，其高精度检测 对于癌症的早期诊断和预后评估至关重要。Sadaf Yarjoo团队提出了一种基于多孔金电极的伏安免疫传感器，专门用于检测VEGF肿瘤标志物，该研究发表于《Scientific Reports》。
主要内容
1. 电极制备: 在 FTO 基板上沉积银和金薄膜，并通过热退火和去合金化过程去除银，获得多孔金电极。
2. 抗体固定: 利用巯基乙酸 (MAA)、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基) 碳二亚胺 (EDC) 和 N-羟基琥珀酰亚胺 (NHS) 将抗 VEGF 抗体固定在金电极表面。
3. 免疫传感检测: 通过循环伏安法 (CV) 和电化学阻抗谱 (EIS) 等电化学方法检测 VEGF。
文章亮点
1.高灵敏度: 该免疫传感器对 VEGF 的检测限低至 0.05 pg/mL，线性范围宽至 0.1 pg/mL 至 0.1 µg/mL，能够准确测量不同浓度的生物标志物。
2.简单易行: 制备过程简单可靠，采用去合金化方法制备多孔金电极，无需复杂的设备和技术。
3.稳定性好: 该免疫传感器具有良好的稳定性和重现性，可用于长期监测 VEGF。
结论与展望
本研究成功开发了一种高灵敏、稳定性好的电化学免疫传感器，可用于 VEGF 的检测。该传感器在癌症早期诊断、预后和治疗监测等方面具有广阔的应用前景。未来研究可以进一步探索该传感器在临床应中的可行性，并开发其他生物标志物的检测方法。
二、案例分析
案例一：无标记电化学传感器在多重癌症标志物检测中的探索
实际应用：Sato等人研究了一种用于肝癌和胃癌标志物联合检测的电化学传感平台，通过多标志物的共检测，实现了对癌症的早期综合筛查。
应用场景：这种多重标志物传感器非常适合于癌症高发地区的常规筛查和复查。为临床早期诊断提供快速、简易的支持手段，优化医疗资源配置的同时，提高癌症早期干预的效果。
案例二：基于适配体的电化学传感器用于前列腺癌标志物监测
实际应用：一项由Crulhas等人完成的研究开发了基于适配体的电化学传感器，用于检测前列腺癌细胞释放的PSA（前列腺特异性抗原）和VEGF。这种传感器通过金电极上的自组装巯基适配体，实现了在0.15到100 ng/mL范围内对VEGF的检测，展示了其在前列腺癌动态监测中的高灵敏度和稳定性。
应用场景：该传感器可用于非侵入性前列腺癌诊断，适合在家庭或社区环境中监测患者的VEGF水平。这种便携的检测方法将来可为癌症患者提供高效、便捷的随访工具。
S3.使用基于DNA模板化的CuNP和RecJf核酸外切酶辅助的靶标再循环的适体传感器实现的LPS检测的基本原理的说明。此外一些配备适配体的电化学传感器被设计为检测特定生物标志物的便携式设备。通过进一步开发这些设备的硬件和软件功能，这类传感器正在逐步商业化，用于对癌症标志物、毒物和药物的监测，有望在精准医疗和公共安全领域带来广泛影响。这些技术的推广将使得个人和医护人员可以更快、更简便地获取检测结果，为临床诊断和环境监控提供有效支撑。如智利设计的iCuerious系统:便携式毒品检测，用于检测非法药物和处方药滥用的手持电化学传感器，这类设备可检测汗液、唾液中的药物残留，帮助执法部门快速评估现场情况，减少检测时间和成本;以及对于ISF中的治疗药物监测，自主LDopa系统和闭环自主微针系统被证明可实现个性化治疗和最佳治疗结果。
三、结语
电化学检测技术因其灵敏度高、成本低、适应性强等优点，正在成为精准医疗中不可或缺的一部分。特别是在早期癌症筛查、预后评估和疾病监控中的应用,再到日常健康管理，电化学传感器将有望成为未来精准医疗的重要工具，下期我们将跟进最新研究成果以及新材料和AI算法的加持，如何推动电化学技术在疾病诊断领域向更加高效、精准的方向发展，敬请期待！
▼参考资料：
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[2] B. P. Crulhas, A. E. Karpik, F. K. Delella, G. R. Castro, V. A. Pedrosa, Electrochemical aptamer-based biosensor developed to monitor PSA and VEGF released by prostate cancer cells, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 409 (2017) 6771-6780. https://doi.org/10.1007/s00216-017-0649-1
[3] Y. Li, X. Chen, J. Liu, Electrochemical aptasensor based on DNA-templated copper nanoparticles and RecJf exonuclease-assisted target recycling for lipopolysaccharide detection, Analytical Chemistry, 92 (2020) 5072-5078. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c00075
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[5] M. Singh, T. Li, K. Nakamura, A Review on Recent Trends and Future Developments in Electrochemical Sensing, Electroanalysis, 36 (2024) 15-36. https://doi.org/10.1002/elan.202400122
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END
编辑 | 梁芷琪
来源 | 网络期刊
审核 | 医工学人理事会
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