《Biosensors and Bioelectronics》：An electrochemical sensing platform based on targeted paired binding for biomarker detection in human serum samples
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高彦婷|李雪琴|钱虎孙|于子强|高凤娟|胡宏刚|刘思遥上海大学医学院，上海海洋医学工程集成创新中心，中国上海200444摘要电化学分析为检测技术的进步提供了关键的技术基础，具有设备微型化、响应快速、成本效益高以及能够实现实时监测等优点。目前面临的一个主要挑战是电极表面与分析物之间
高彦婷|李雪琴|钱虎孙|于子强|高凤娟|胡宏刚|刘思遥
上海大学医学院，上海海洋医学工程集成创新中心，中国上海200444
摘要
电化学分析为检测技术的进步提供了关键的技术基础，具有设备微型化、响应快速、成本效益高以及能够实现实时监测等优点。目前面临的一个主要挑战是电极表面与分析物之间的界面反应会妨碍对特定分子与非特异性分子的区分。本研究旨在引入一种新的分子检测平台，通过靶向配对结合和电化学传感技术，实现对临床样本中锌-α-2-糖蛋白1（AZGP1）的精准检测。我们设计了一种针对AZGP1的生物识别分子（BRM）以提高选择性。通过指数富集法对配体进行系统演化，成功分离出了针对AZGP1的特异性适配体。作为一种新型BRM，该适配体对AZGP1表现出高灵敏度和高特异性，同时易于化学合成且修改成本低。然而，在用于检测复杂的临床样本时，单一材料的BRM在抗干扰能力和稳定性方面往往存在局限。尽管制备抗体需要对动物进行免疫处理，且存储和运输成本较高，但它们依然是临床检测中生物分子识别的金标准。我们还利用基于生物层干涉术技术的夹心检测方法，找到了能与该适配体配对、共同实现AZGP1结合的单克隆抗体。这种双生物识别分子层结合了抗体和适配体的优势，包括高灵敏度、可编程的可修饰性、与目标相互作用时的分子动力学选择性，以及电化学分析中稳定的界面传感信号。
引言
在精准医疗时代，快速、准确地检测疾病生物标志物至关重要(Dosnon等人，2025； Wang等人，2025； Yin等人，2026)。传统的诊断方法如影像学检查和组织病理学分析虽能提供准确的诊断依据，但往往具有侵入性、成本高且耗时较长，因此不适合大规模人群筛查和动态监测(Liu等人，2026； Xu等人，2025)。同样，常规实验室检测方法如酶联免疫吸附试验（ELISA）也存在周转时间长、操作复杂以及依赖昂贵设备等问题(Xia等人，2022； Yi等人，2025)。因此，开发能够快速、无创且高度灵敏地检测特定生物标志物的技术已成为研究重点。锌-α-2-糖蛋白1（AZGP1）是一种重要的分泌蛋白，参与调控多种生理和病理过程(Qiu等人，2024)。其异常表达与多种疾病有关，如前列腺癌、结直肠癌、与甲状腺功能减退相关的2型糖尿病以及眼部疾病等，这表明它具有作为疾病进展和治疗评估重要生物标志物的潜在价值(Li等人，2026； Qiu等人，2024； Yuan等人，2023； Zhang等人，2017)。然而，目前检测AZGP1的方法仅限于ELISA，而该技术操作繁琐、耗时较长，无法满足即时检测的需求。因此，亟需开发一种新型的、快速且准确的AZGP1检测方法。
电化学传感技术因其高灵敏度、响应快速、可微型化以及成本低等固有优势，为现场生物标志物检测提供了理想的平台(Hamidi等人，2024； Li等人，2025； Xu等人，2019)。不过，一个主要的挑战在于电极表面与分析物之间的界面反应，这种反应会妨碍对特定分子与非特异性分子的分离(He等人，2026)。适配体作为一种新型的生物识别分子（BRM），由于其高亲和力、高特异性、化学稳定性以及易于合成和修饰的特点，为解决电化学传感中的选择性问题提供了独特解决方案(Fan等人，2026； Liu等人，2024； Miura等人，2026； Zandieh等人，2024)。然而，当用于检测复杂的临床样本时，单一类型的BRM在抗干扰能力和稳定性方面往往存在不足(Wasdin等人，2025)。尽管抗体的制备成本较高，且对存储和运输条件要求严格，但它们依然是临床检测中生物分子识别的金标准(Cunha等人，2025； Egbe Vydaline等人，2025； Wang等人，2022)。为了充分发挥这两种识别元素的优点，我们提出构建一种双识别（抗体-适配体）系统，以提高检测的准确性和可靠性(Liang等人，2023； Zhu等人，2020)。
基于此，我们开发了一种新的分子检测平台，通过靶向配对结合和电化学传感技术，实现对临床样本中AZGP1的精准监测。我们利用指数富集法对配体进行系统演化，成功筛选并优化出一种高亲和力、高稳定性的AZGP1靶向适配体(Gao等人，2023； Zhang等人，2024)。此外，还通过分子动力学模拟阐明了该适配体的分子识别机制，为其作为BRM的应用提供了理论依据。利用基于生物层干涉术（BLI）技术的夹心检测方法，我们找到了能与该适配体配对、用于AZGP1结合的单克隆抗体。在此基础上，我们创新性地设计了一种抗体-适配体夹心检测策略(Han等人，2025)，即使用一种特定的单克隆抗体（MAb3）作为捕获分子，再与负载有硫辛酸（Thi）和碳纳米管（C-MWCNTs）的适配体协同作用(Ai等人，2024； Deng等人，2018)，从而实现对AZGP1目标的高效且特异性识别。最终，该系统展现出出色的检测性能，包括高灵敏度、宽线性范围以及优异的特异性和重复性。该系统已成功应用于临床血清样本中AZGP1的检测。本研究不仅为AZGP1的临床应用提供了可靠的检测工具，还为其他生物标志物的电化学检测提供了新的设计思路。
章节节选
AZGP1靶向适配体的筛选与优化
由于精确的识别对于开发体外分子检测平台至关重要，因此通过磁珠（MB）-SELEX技术筛选出了针对AZGP1的适配体（见图1A）。MB-SELEX流程包括两个步骤：正向选择，保留那些能够特异性结合AZGP1的单链DNA（ssDNA）；负向选择，去除那些非特异性结合在磁珠上的ssDNA。此外，那些与AZGP1特异性结合的序列还会与游离的对照靶标进行竞争
结论
在本研究中，我们成功开发了一种基于靶向抗体-适配体配对结合的电化学生物传感平台，该平台能够快速、灵敏且特异性地检测疾病生物标志物AZGP1。该传感系统以单克隆抗体（MAb3）作为捕获探针，以经过优化的、负载有硫辛酸的碳纳米管的适配体（Seq7TM）作为检测报告分子，从而形成了一个稳定且具有选择性的双识别界面。分子动力学模拟结果表明
材料与方法
本研究所使用的所有材料、试剂、实验方法及仪器设备的相关详细信息均记载在补充资料中。
CRediT作者贡献声明
刘思遥：写作——审阅与编辑、项目管理、资金获取。胡宏刚：项目管理、方法学、资金获取。高凤娟：方法学、资金获取、概念构思。于子强：可视化、资源获取、方法学。钱虎孙：写作——审阅与编辑、验证、概念构思。李雪琴：写作——初稿撰写、验证、方法学、正式分析。高彦婷：研究实施、资金获取、正式分析，
未引用参考文献
Kaur等人，2020年；Ventisette等人，2025年。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本项工作得到了国家自然科学基金的资助（编号：22477075；22077078）。
