基于氧空位富集的三元FeCoCuOx纳米结构的光电化学免疫传感及猝灭型信号放大策略研究

本研究针对肝癌早期诊断中甲胎蛋白(AFP)检测灵敏度不足的临床难题，开发了一种基于氧空位富集的三元FeCoCuOx纳米结构的新型光电化学(PEC)免疫传感器。通过多金属协同效应和碱性磷酸酶(ALP)介导的信号放大，实现了34.1 pg mL-1的超高检测灵敏度，为肝癌早期筛查提供了创新解决方案。

　　

肝癌是全球范围内致死率最高的恶性肿瘤之一，尤其在乙肝高发地区，早期诊断困难导致患者五年生存率不足20%。甲胎蛋白(AFP)作为最常用的肝癌血清标志物，现有检测方法面临灵敏度低、操作复杂等瓶颈。传统ELISA技术检测限仅达ng级，难以满足临床对早期微小病灶的监测需求。光电化学(PEC)技术虽具有背景信号低、设备简单等优势，但核心材料的光电转换效率制约着检测性能突破。

针对这一系列挑战，Junyong Mo、Haiyang Wang等研究者创新性地设计了三元FeCoCuOx金属氧化物纳米结构。这种材料通过可控氧空位(OV)工程和多元金属协同效应，显著提升了光生电荷分离效率。结合ALP催化信号放大策略，构建了"信号猝灭"型PEC免疫传感器，为肝癌标志物检测提供了新思路。相关成果发表在《Advanced Composites and Hybrid Materials》期刊。

研究团队主要采用三种关键技术：1) 水热-煅烧法制备氧空位富集的三元金属氧化物；2) 碱性磷酸酶标记的金纳米颗粒(ALP-AuNP-pAb2)作为信号探针构建；3) 基于2-磷酸-L-抗坏血酸(AAP)/抗坏血酸(AA)转化的电子转移调控策略。临床样本验证采用5例人血清标本与商品化ELISA试剂盒进行比对。

2.1 材料表征

通过SEM/TEM证实成功制备了尺寸均一(约1.5μm)的立方体状FeCoCuOx纳米结构，元素映射显示Fe、Co、Cu、O均匀分布。XPS分析揭示了Fe²⁺/Fe³⁺、Co²⁺/Co³⁺和Cu²⁺的混合价态，EPR谱图确证了丰富的氧空位存在。

2.2 传感性能

FeCoCuOx修饰电极展现出-1110 nA的强阴极光电流，较单金属CuOx提高3.2倍。阻抗测试证实其电荷转移电阻最低。在AFP识别过程中，ALP催化生成的AA作为空穴清除剂，通过竞争性氧化反应使光电流信号降低，实现"信号关"型检测。

2.4 分析性能

传感器在0.05-50 ng mL^-1范围内呈现优异线性(R²=0.9937)，检测限低至34.1 pg mL^-1。对PSA、CEA等干扰物的交叉反应率<5%，八次循环测试RSD为5.21%，显示良好特异性与稳定性。

2.6 临床验证

5例血清样本检测结果与ELISA高度一致(t_exp<>_crit[0.05,4])，回收率98.6-103.5%，证实该方法具备临床转化潜力。

该研究通过精准调控三元金属氧化物的氧缺陷浓度，实现了材料光电性能的定向优化。ALP-AuNP双功能探针不仅保证免疫识别特异性，还通过酶催化放大检测信号。创新的信号猝灭机制有效降低背景干扰，使检测灵敏度较常规ELISA提升两个数量级。这种将纳米材料工程与生物识别元件巧妙结合的策略，为发展下一代POCT诊断设备提供了重要参考，也为其他疾病标志物的超灵敏检测开辟了新途径。