基于HiPIMS沉积氮化镍修饰氧化锌纳米棒异质结构的安培传感技术用于前列腺癌标志物肌氨酸检测

为解决前列腺癌早期诊断难题，研究人员采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备Ni3N/ZnO NR异质结构电极，实现肌氨酸(Sar)的非酶电化学检测。该传感器在0.3-6260.4 μM宽线性范围内展现899.89 μA/mM cm2的高灵敏度，检测限达0.131 μM，成功应用于血清和尿液样本分析，为癌症早期筛查提供新策略。

　　

前列腺癌作为男性泌尿生殖系统最常见恶性肿瘤，每年导致约30万患者死亡，其早期诊断面临重大挑战。肌氨酸(Sar)作为关键代谢标志物，在前列腺癌患者体液中的浓度会从健康人的1.4±0.6 μM显著升高至2-20 μM。然而现有检测技术如色谱法、荧光法等存在设备昂贵、操作复杂等局限，而传统电化学传感器又受制于酶稳定性差、环境敏感性高等缺陷。

为解决这一难题，研究人员开发了基于高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术制备的氮化镍(Ni₃N)/氧化锌纳米棒(ZnO NR)异质结构传感器。该研究通过XRD、XPS、FESEM和TEM等多维表征证实材料具有六方晶系结构，Ni₃N薄膜呈现(110)、(002)等晶面取向，ZnO NR则显示高度取向的(002)晶面。电化学测试表明，150 nm Ni₃N修饰的电极具有1.26 cm²的电化学活性面积和最低电荷转移电阻。

研究采用循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)系统评估了传感器性能。在Sar氧化机制研究中发现，电极表面的Ni²⁺/Ni³⁺氧化还原对通过形成Ni(OH)₂中间体，最终将Sar催化氧化为甘氨酸和甲醛。安培法测试显示传感器具有双线性范围：低浓度区(0.3-62.4 μM)灵敏度达899.89 μA/mM cm²，高浓度区(110.4-6260.4 μM)为123.33 μA/mM cm²，检测限低至0.131 μM。

在特异性方面，传感器对尿素、尿酸等10种干扰物的响应偏差均小于5%。稳定性测试显示，电极在室温储存30天后电流响应仅衰减2.51%，且批次间重现性良好。实际样本检测中，对加标血清和尿液的回收率分别为99.2%和98.7%，与商用方法结果高度一致。

该研究的突破性在于：首次将HiPIMS技术应用于癌症标志物传感器开发，通过精确控制Ni₃N薄膜厚度(50-150 nm)优化了异质结构性能；创新性地利用氮化物的高电子密度特性增强抗干扰能力；建立的快速检测方法平均响应时间仅4.1秒。这项工作为开发稳定、高效的便携式癌症诊断设备提供了新思路，对实现前列腺癌的早期筛查和预后监测具有重要临床价值。