《TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》：Critical evaluation of portable paper-based point-of-care diagnostic platforms for rapid detection of cardiovascular disease biomarkers
编辑推荐：
这篇综述深入探讨了便携式纸基即时检测（Paper-based point-of-care, POC）平台在快速检测心血管疾病（Cardiovascular disease, CVD）生物标志物领域的最新进展。文章聚焦于设备设计、制造方法和分析策略，重点评述了如何通过生物识别探针功能化纳米材料、信号放大方法（如AuNP-聚HRP-Ab偶联物、Au@PS微腔SERS标签等）和微流控构型来提高对高敏肌钙蛋白（hs-cTn）、B型利钠肽（BNP）等关键临床生物标志物检测的灵敏度、特异性与多重分析能力。文中还评估了包括比色法、荧光、化学发光（CL）、表面增强拉曼光谱（SERS）和电化学输出在内的多种检测系统，并展望了智能手机量化和人工智能（AI）数据分析等新兴方法在资源有限环境下的应用前景，旨在推动该技术在改善全球心血管诊断可及性方面的转化。
心血管疾病（CVDs）是全球主要的死亡原因，对快速、灵敏且易于获取的诊断工具需求迫切。传统的实验室检测方法成本高、依赖集中化基础设施且操作复杂，而纸基床旁即时检测（POC）平台以其便携、低成本、操作简单和一次性使用的特点，成为有吸引力的替代方案。
关键心血管疾病生物标志物
心脏生物标志物是响应生理应激、缺血损伤或病理重塑而从心肌释放的分子，其血液水平是心脏状态和疾病进展的关键标志。这些生物标志物包括蛋白质、激素和其他生物活性物质，其表达或循环浓度随特定心血管事件而变化。其中最具有临床相关性的包括：
- •
高敏心脏肌钙蛋白（hs-cTn）：因其对心肌组织的高特异性，是诊断急性心肌梗死（AMI）的金标准。
- •
B型利钠肽（BNP）和N末端前B型利钠肽（NT-proBNP）：反映心室壁应力，广泛用于评估心力衰竭（HF）的严重程度。
- •
肌酸激酶同工酶MB（CK-MB）和肌红蛋白：作为心肌损伤的早期指标，对检测再梗死有价值。
- •
高敏C反应蛋白（hs-CRP）：作为炎症标志物，有助于评估长期心血管风险。
这些生物标志物不仅有助于急性病症的诊断，还在临床决策中发挥关键作用，支持基于风险的患者分层、治疗效果监测和个性化治疗规划。
纸基诊断平台的概述与分类
纸基诊断平台主要分为三类：试纸条检测（浸渍棒）、侧向流动分析（LFA）和微流控纸基分析器件（μPAD）。
- •
试纸条检测：是最基础的平台，通常将干燥试剂饱和在纤维素条上。操作简单、成本低、响应快，但分析性能有限，灵敏度和特异性通常较低。
- •
侧向流动分析：结构更先进，采用多层架构，包括样品垫、结合垫、硝酸纤维素膜和吸收垫。它结合了快速分析、低成本、便携和操作简单等优点，广泛应用于妊娠检测、传染病筛查等领域。但其定量能力和多重检测能力有限。
- •
微流控纸基分析器件：是最先进的平台，通过蜡印刷、光刻等疏水图案化技术制造微流控通道。μPADs可以实现精确的流体操控，支持多重检测、定量分析和集成多种传感方法，但制造相对更复杂、耗时且成本较高。
纸基诊断平台的制造技术与实际应用
纸基平台的制造技术主要分为化学图案化技术和物理图案化/切割技术。
化学图案化技术通过改变纸张表面性质来定义微流控通道，常用方法包括：
- •
蜡印刷：快速、经济、用户友好，但分辨率通常低于光刻。
- •
光刻：提供高尺寸精度，适合复杂的通道网络，但需要专业设施，资源密集。
- •
喷墨打印：支持生物分子试剂的高分辨率直接沉积，兼容大规模制造。
- •
柔版和丝网印刷：适用于中分辨率下导电、介电或疏水图案的高通量制造。
物理图案化技术通过机械或激光过程塑造纸张基底来定义通道，包括：
- •
纸张切割和胶带组装：使用剪刀、激光切割机等工具创建通道图案，并通过胶带实现多层或三维器件组装。
- •
激光烧蚀/切割：从疏水基底上去除材料以暴露亲水区域，实现快速、高分辨率、一步式图案化。
基于便携式纸基POC平台快速检测心脏生物标志物
便携式纸基POC诊断平台的发展朝着快速、灵敏检测心脏生物标志物的方向演进，集成了先进的检测方法和信号放大策略。
- •
纸基试纸条生物传感平台：例如，距离式纸基分析器件（dPAD）利用颜色迁移距离与目标物浓度成正比的原理，实现了对心脏肌钙蛋白I（cTnI）的简单、快速定量检测，无需外部仪器。
- •
纸基侧向流动生物传感平台：传统的LFA与纳米材料标签、信号放大策略以及智能手机定量读取相结合，显著提高了检测灵敏度。例如，使用花状磁性荧光纳米颗粒（FMNP@QDs）的LFA平台对cTnI实现了超灵敏检测；而基于表面增强拉曼光谱（SERS）的LFA条带则能同时检测cTnI和NT-proBNP，灵敏度比传统方法提高10-20倍。此外，集成水溶性聚合物模块和时间可编程放大模块的LFA，实现了检测过程的自动化和高灵敏度。
- •
纸基微流控生物传感平台：μPADs通过集成多种检测方法（如SERS、电化学、化学发光）和纳米材料，实现了对多种心脏生物标志物的高灵敏度、多重检测。例如，基于SERS的μPAD可同时检测糖原磷酸化酶同工酶BB（GPBB）、CK-MB和cTnT，检测限低至皮克每毫升级别。电化学纸基分析器件（ePAD）则利用石墨烯氧化物、碳纳米管或MXene等纳米材料修饰电极，实现了对C反应蛋白（CRP）、cTnI和降钙素原（PCT）等标志物的高灵敏度、多重电化学检测。
- •
智能手机辅助的纸基生物传感平台：利用智能手机的内置摄像头、计算能力和无线连接，实现了对纸基传感器颜色、荧光或发光信号的实时采集、分析和结果传输。例如，结合便携式手动离心机（“Handfuge”）的纸基ELISA平台，可在无电环境下快速分离血浆并检测cTnI。集成可溶解屏障和试剂垫的LFA，通过智能手机读取和Au离子催化放大，实现了对cTnI的高灵敏度定量检测。
- •
人工智能赋能的纸基生物传感平台：结合人工智能（AI）、机器学习（ML）和深度学习（DL）算法，解决了纸基检测中光照、基底异质性和操作不一致性带来的挑战。例如，AI辅助的电泳调制SERS μPAD可同时检测cTnI、高密度脂蛋白（HDL）和低密度脂蛋白（LDL），并通过机器学习模型实现精准的谱图解析和定量。基于CatBoost机器学习分类器的μPAD，则能对急性心肌梗死（AMI）及其复发进行有效的诊断和风险分层。深度学习辅助的高灵敏度垂直流动分析（hs-VFA）和荧光垂直流动分析（fxVFA）平台，也展示了对心脏标志物的高精度多重定量检测能力。
尽管纸基POC平台在心血管疾病诊断中展现出巨大潜力，但其临床转化仍面临一些挑战，包括灵敏度不足、重现性有限、检测低丰度分析物困难，以及纳米材料和信号放大策略可能增加的成本和复杂性。未来的发展需要继续创新，包括开发多重定量检测平台、集成便携式设备，并克服制造和标准化方面的障碍，以实现大规模应用，最终改善全球心血管疾病的早期检测和患者管理。
