《Electrochemistry Communications》：A dual-aptamer biosensor based on NPG for one-step and rapid HER2 detection in breast cancer
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本研究針對傳統HER2免疫生物傳感器中抗體穩定性差、空間位阻大導致靈敏度與穩定性受限的問題，開發了一種新型雙適體電化學生物傳感器。研究采用雙適體識別HER2不同表位形成夾心結構，并修飾納米多孔金（NPG）增強信號，實現了對乳腺癌標志物HER2的一步、高靈敏檢測。該傳感器展現出寬線性范圍（1 pg/mL–100 μg/mL）、低檢出限（0.212 pg/mL）、優異的選擇性與穩定性，為乳腺癌早期篩查與療效監測提供了潛在工具。
乳腺癌是威脅女性健康的主要惡性腫瘤之一，而人表皮生長因子受體2（Human Epidermal Growth Factor Receptor 2， HER2）是指導乳腺癌治療決策和預后預測的關鍵生物標志物。目前臨床上檢測HER2的主流方法是免疫組織化學（IHC）和熒光原位雜交（FISH），但這些方法存在操作復雜、耗時長、成本高且結果易受主觀判斷影響等局限。此外，基于抗體的電化學生物傳感器雖然具有潛力，但其性能常受限于抗體自身生物穩定性差以及在傳感器界面上產生的顯著空間位阻。因此，開發一種快速、靈敏、穩定且成本低廉的新型HER2檢測技術，對于實現乳腺癌的精準診斷與個性化治療具有重要意義。
為了應對這一挑戰，研究人員在《Electrochemistry Communications》上發表了一項創新研究，構建了一種基于納米多孔金（Nano-porous Gold， NPG）的雙適體電化學生物傳感器，旨在實現HER2的一步快速、高靈敏檢測。
本研究主要采用了以下幾個關鍵技術方法：首先，制備并修飾了納米多孔金（NPG）以增強絲網印刷碳電極（SPE）的性能；其次，通過Au-S鍵在電極表面固定了第一個HER2適體（APT1），并用巰基己醇（MCH）封閉非特異性位點，構建了傳感界面；然后，利用修飾了肌紅蛋白（Mb）的第二個適體（APT2）與目標HER2及電極上的APT1形成夾心結構，從而將電化學報告分子Mb引入電極表面；最后，通過方波伏安法（SWV）、循環伏安法（CV）和電化學阻抗譜（EIS）等電化學技術對傳感器的構建過程、可行性及性能進行了系統表征與評估。
研究結果
1. 納米多孔金（NPG）的表征
通過掃描電子顯微鏡（SEM）對NPG的形貌進行表征，確認了NPG的成功合成。結果表明，經過脫合金處理后形成的NPG具有均勻分布的雙連續網絡狀骨架孔洞結構。這種結構增大了電極比表面積，有利于配體的固定和目標物的高效捕獲，從而為提升傳感器靈敏度奠定了基礎。
2. 生物傳感器構建過程的表征
通過EIS和CV對傳感器組裝過程進行監測。EIS結果表明，修飾NPG后電極的電子轉移電阻（Ret）顯著降低，證明了NPG優異的導電性。固定適體APT1后，由于DNA磷酸骨架的負電荷阻礙電子傳遞，Ret值增加。使用MCH封閉后，Ret進一步增大。當目標HER2與APT2結合并被捕獲后，電極界面負電荷積累，導致Ret值再次上升。CV結果與EIS結果一致，清晰展示了每一步修飾對電極界面電子傳遞能力的影響，證實了傳感器成功構建。
3. 生物傳感器的可行性分析
通過SWV分析驗證了雙適體傳感器檢測HER2的可行性。實驗表明，只有在HER2存在時，APT1和APT2才能通過HER2橋連，將Mb報告分子帶到電極表面，產生顯著增強的電化學電流信號。而未修飾NPG的電極對相同濃度HER2的響應信號則弱得多，這證明了NPG修飾對于增強檢測響應信號、提高靈敏度至關重要。
4. 生物傳感條件的優化
研究系統優化了影響檢測效率的關鍵參數。結果表明，當APT1濃度為3 μM，APT2濃度為2 μM，雜交孵育時間為60分鐘時，傳感器對HER2的檢測信號達到最優。
5. HER2雙適體生物傳感器的性能分析
在最優條件下，該傳感器展現出卓越的檢測性能。
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靈敏度與線性范圍：傳感器在1 pg/mL至100 μg/mL的寬濃度范圍內與HER2濃度呈現良好的線性關系，線性回歸方程為 I= 4.5004 lgC(HER2)+ 1.64433，相關系數R2= 0.9996，檢測限低至0.212 pg/mL。
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選擇性：傳感器對癌胚抗原（CEA）、Ki-67、IgG等干擾蛋白以及總RNA和DNA表現出極強的抗干擾能力，其信號響應值遠低于對HER2的響應，證實了其優異的選擇性。
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重復性：在高、中、低三種濃度下進行重復檢測，相對標準偏差（RSD）均小于5%，表明傳感器具有良好的重復性。
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穩定性：制備好的傳感器在4°C下儲存15天后，其對HER2的檢測信號仍能保持初始值的92.7%左右，顯示出良好的長期穩定性。
結論與討論
本研究成功構建了一種基于納米多孔金（NPG）和雙適體識別策略的新型電化學生物傳感器，用于乳腺癌標志物HER2的超靈敏、高選擇性檢測。該傳感器利用兩個適體分別識別HER2的不同抗原表位，形成穩定的夾心結構，并結合NPG材料增強電極界面電子傳遞效率和比表面積，從而實現了性能的顯著提升。
其重要意義在于：首先，該傳感器克服了傳統抗體傳感器穩定性差、空間位阻大的缺點，利用適體尺寸小、穩定性好、成本低的優勢，為生物傳感提供了更優的識別元件。其次，該傳感器擁有極寬的線性范圍和極低的檢測限，靈敏度優于許多已報道的檢測方法，能夠檢測到極低濃度的HER2，這對于乳腺癌的早期診斷和微小殘留病灶監測具有重要價值。再者，其優異的選擇性、重復性和長期穩定性，滿足了臨床檢測對準確性和可靠性的嚴苛要求。最后，該傳感器操作簡便、檢測快速，且無需復雜的信號放大或酶標記步驟，成本較低，為開發適用于基層醫療機構或即時檢測（Point-of-Care Testing， POCT）場景的乳腺癌診斷工具提供了有前景的技術方案。這項研究不僅為HER2檢測提供了一種高效的新方法，也為基于適體的生物傳感器設計及其在其它疾病標志物檢測中的應用提供了有價值的參考。
