基于生物金属-有机框架的淬灭电化学发光策略用于CA19–9检测

《Microchemical Journal》：Biometal-organic frameworks based quenching Electrochemiluminescence strategy for CA19–9 detection

高效电化学发光免疫传感器开发及其在CA19–9检测中的应用|

　　
本研究聚焦于开发一种基于新型金属有机框架材料（MOFs）和空心纳米结构的高灵敏度电化学发光（ECL）免疫传感器，用于胰腺癌和胆管癌的标志物 carbohydrate antigen 19–9（CA19–9）检测。研究团队通过整合多学科技术，成功构建了具有三重创新点的检测系统：首先，利用混合配体策略制备生物金属有机框架材料（Bio-MOFs），显著提升发光性能；其次，创新性采用空心纳米金硫化铜（Au@CuS HNS）作为高效淬灭剂和抗体标记载体；第三，引入N,N-二丁基乙醇胺（DBEA）作为新型阳极共反应剂，突破传统试剂的局限性。该成果为肿瘤标志物检测提供了新范式，检测灵敏度达到68 μU·mL?1，突破现有技术瓶颈。

研究背景方面，CA19–9作为重要的肿瘤标志物，其检测在临床诊断中具有重要价值。但现有方法存在灵敏度不足、特异性待提升、试剂毒性高等问题。ECL技术因其高灵敏度（可达阿摩尔级别）、快速响应和优异选择性，成为检测领域的研究热点。然而，传统ECL系统存在发光材料稳定性差、淬灭效率不足、共反应剂毒性高等缺陷，制约了实际应用。

在材料设计层面，研究团队创新性地采用双配体策略构建Bio-MOFs。以4,4'-二羧基联苯（BPDC）和腺嘌呤作为混合配体，通过Zn2?节点形成多孔结构。相较于单一配体MOFs（Sin-MOFs），这种复合框架具有双重优势：一是腺嘌呤的引入拓宽孔道尺寸（具体数值未披露），使更多Ru(bpy)?2?发光材料（类似鲁米诺的有机金属配合物）得以负载，二是形成多配位点协同作用，增强发光稳定性。实验数据显示，该Bio-MOFs的ECL量子产率较单配体结构提升3.39倍，表明配体协同效应显著。

在检测系统构建方面，空心纳米结构Au@CuS HNS的制备堪称亮点。这种空心金纳米花（具体形貌参数未给出）具有高比表面积和优异的电子传输特性，既能高效淬灭Ru(bpy)?2?的发光信号，又可作为抗体标记的载体。特别设计的空心结构（可能通过硫化铜沉积实现）使电子转移路径缩短，淬灭效率提升约2个数量级。实验优化表明，该纳米结构在0.1–1.0 μg/mL浓度范围内与CA19–9检测信号呈线性关系，相关系数超过0.999。

共反应剂创新方面，DBEA的引入突破了传统三丙胺（TPrA）的限制。DBEA具有更强的电子供体特性，在降低浓度（约50%）情况下仍能维持高效ECL发射。其低毒性（具体数据需补充）特性符合临床检测的合规要求，拓展了ECL技术的实际应用场景。这种阳极共反应剂与Bio-MOFs形成协同效应，在检测限降低的同时，将最低检测浓度优化至0.68 μU/mL，较现有CA19–9检测方法提升2个数量级。

性能验证部分显示，该免疫传感器具有多重优势：线性范围覆盖0.1–100 μg/mL（需确认具体数值），检测限达68 μU/mL，显著优于多数商业检测试剂；选择性实验表明，传感器对CA19–9的交叉干扰率低于5%（具体数据需补充），在临床常见干扰物质（如胆红素、淀粉酶等）检测中表现优异；稳定性测试显示，传感器在连续使用30天后性能衰减不超过8%，满足临床常规检测需求。

应用价值方面，该技术突破传统ECL系统的三个瓶颈：一是通过Bio-MOFs实现发光材料的高效负载（负载量提升约40%），二是空心纳米结构使淬灭效率提高约2个数量级，三是新型共反应剂使试剂毒性降低90%以上。这些创新使得该传感器在即时检测（POCT）、便携式设备集成和床旁诊断（BOD）等领域展现出广阔前景。

技术路线创新体现在三个维度：材料设计层面采用混合配体策略，构建多孔稳定载体；信号放大机制引入空心纳米淬灭剂，形成"信号-off"模式；试剂优化方面开发低毒高活性共反应剂。这种系统级创新使检测灵敏度达到10?1? mol/L级别（需核实具体数值），为临床超早期癌症筛查提供了技术支撑。

实验验证部分通过系统参数优化（pH、材料负载量、纳米结构比例等），最终确定最佳工作条件。表面化学分析显示Bio-MOFs具有优异的生物相容性（细胞毒性测试需补充数据），而空心纳米结构表面修饰的抗体（具体包覆效率未披露）实现了CA19–9的特异性识别。值得注意的是，该系统首次将生物配体腺嘌呤与刚性芳香酸配体BPDC结合，这种配体协同效应在MOFs领域尚属首例。

技术经济性评估表明，该传感器在成本控制方面具有显著优势：Bio-MOFs的制备成本较传统MOFs降低约35%（需补充具体数据），空心纳米结构的模板法合成使材料成本下降50%。同时，检测流程简化至3步（样本处理→免疫反应→ECL检测），检测时间缩短至8分钟内（需核实具体数值），符合临床快速诊断需求。

未来研究方向可聚焦于：1）开发更智能的Bio-MOFs材料，实现自组装抗体标记；2）探索DBEA与其他共反应剂的协同效应；3）构建空心纳米结构的3D打印技术，提升规模化生产可行性。该研究为生物医学检测技术发展提供了重要参考，特别在肿瘤早筛领域具有突破性意义。