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便携式电泳侧流生物传感技术实现血清中超灵敏人乳酸脱氢酶检测
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年04月23日 来源：Biosensors and Bioelectronics 10.7
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研究人员针对传统侧流免疫分析(LFIA)灵敏度不足的问题，开发了集成电驱动微流控的便携式生物传感平台。该3D打印设备(151 g/82�)通过优化焦耳热、电渗流等参数，实现了70 pg mL?1的人乳酸脱氢酶(h-LDH)检测限，灵敏度提升367倍，为癌症标志物监测提供了新型POCT解决方案。
在临床诊断和健康监测领域，侧流免疫分析技术(LFIA)因其操作简便、成本低廉等优势被广泛应用于妊娠检测和传染病筛查。然而，传统LFIA依赖毛细作用力驱动样本流动的特性，导致其灵敏度难以满足癌症等疾病标志物的检测需求——这些生物标志物往往存在于10?12至10?15 M的超低浓度范围，且被血清中高浓度干扰物(10?6至10?2 M)所掩盖。尽管通过纳米颗粒标记或信号放大策略可部分提升灵敏度，但无法从根本上解决样本基质干扰问题。
为解决这一技术瓶颈，研究人员开发了一种创新型电泳驱动LFIA平台。该系统的核心创新在于将电池供电的电驱动微流控技术与传统LFIA相结合，通过精确控制电场强度、缓冲液摩尔浓度等参数，实现了样本在硝化纤维素膜上的定向富集和自动化清洗。3D打印的便携式电泳装置仅重151克，可同时分析三个样本，单次充电支持44小时连续工作（功耗225 mAh?1）。
研究团队采用多学科交叉的技术路线：1）通过热成像技术优化焦耳热效应和电渗流(EOF)参数；2）开发微型高压电源（50-200 Vdc）实现电场精确调控；3）利用金纳米颗粒(AuNPs)标记抗h-LDH抗体作为信号转导系统；4）建立智能手机图像分析定量方法。
【3.1 电泳装置设计与表征】
研究人员改进了早期电泳装置的电极材料（铂丝替代铜胶带）和缓冲液供给系统，解决了氧化和膜干燥问题。自研电源与商用设备相比电流偏差<2%，三通道并行检测的流速相对标准偏差(RSD)仅8%。
【3.2 电泳条件优化】
通过热成像发现300V时阴极区域温度达65°C导致膜干燥，最终确定100 mM硼酸盐缓冲液(pH 9.0)+200V为最优条件，稳定电流2479±114 μA，温度29.6±0.2°C。创新性地利用温度梯度可视化证实了电渗流现象，发现AuNPs(ζ电位-57 mV)在EOF作用下反常向阴极迁移。
【3.3 突破LFIA灵敏度限制】
电驱动使AuNPs流速较毛细作用HF-90膜降低11.5倍。电泳富集步骤使BSA蛋白在检测线(TL)的聚集效率提升显著，Ponceau红染色显示传统LFIA中大量蛋白非特异性吸附在膜上游区域。
【3.4 超灵敏h-LDH检测】
通过30分钟富集→10分钟清洗→10分钟检测的三步流程，实现0.07 ng mL?1检测限。校准曲线(0.1-10 ng mL?1)符合四参数逻辑模型，批内批间RSD分别为9.1%和13%。
【3.5 血清样本验证】
经100 mM硼酸盐缓冲液+0.05% Tween-20预处理后，血清中h-LDH平均回收率124±22%，证实方法对复杂基质的适用性。
这项研究通过电动力学原理重构了传统LFIA的工作机制，将h-LDH检测灵敏度推进至pg/mL级，较金标准ELISA更适用于癌症治疗监测等需要快速定量分析的场景。虽然当前原型机需进一步微型化以适配家庭检测场景，但其模块化设计（可重复使用电泳装置+一次性测试条）展现出良好的商业化潜力。该技术框架可拓展至其他蛋白标志物检测，为精准医疗提供了兼具超高灵敏度与POCT便利性的新型技术平台。
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