近期，上海理工大学辛艳梅老师、缪煜清教授联合华东师范大学张中海教授报道了一种基于氧空位调控的抗污型光电化学传感器，实现了血清和尿液中甲胎蛋白的高灵敏度和选择性检测。相关成果以“Oxygen Vacancies-Induced Antifouling Photoelectrochemical Aptasensor for Highly Sensitive and Selective Determination of α Fetoprotein”为题发表在国际化学权威杂志Analytical Chemistry上（DOI: 10.1021/acs.analchem.3c05782）。上海理工大学为第一单位，辛艳梅老师为第一作者。
准确测定尿液中癌症标志物是一种非常方便的肿瘤监测方法。然而，由于尿液中癌症标志物的浓度极低，传统方法很难实现其准确测量。光电化学(PEC)生物传感因具有灵敏度高的优点，是实现超痕量癌症标志物检测的一种有前途的技术。目前，尿液中非特异性生物分子的干扰是影响PEC传感器高灵敏度和高选择性检测癌症标志物的主要原因。因此，构建光电转化效率高和抗污性能优异的PEC检测平台是解决问题的关键。
该研究提出了一种氧空位(OV)调控策略，构建了抗污染型PEC适配体检测平台用于检测肝癌标志物甲胎蛋白(AFP)，构建过程示意图如图1所示。首先采用两步阳极氧化法制备了高生物相容性和高捕光性能的蜂窝状二氧化钛纳米管，接着通过F-刻蚀法引入一定浓度的OVs。理论和实验证明，OVs形成的中间缺陷态能级大大提高了电极的光吸收性能、载流子迁移率和光电转换效率，如图2所示。另外，OVs的引入诱导电极表面带正电，可通过静电作用与具有负电性质的羧基化PEG(C-PEG)连接相连，突破了用交联剂粘合或化学键等传统方法修饰抗污染材料的单一思路。由于C-PEG优异的亲水性，在电极表面形成一层薄薄的水合层，能减少疏水非特异性蛋白质的吸附，如图3所示。
该传感器在AFP检测中，表现出高灵敏性和高选择性，其线性范围是0.001 ~ 100 ng/mL，检出限为0.3 pg/mL，如图4所示。另外，采用标准加入法测到血清中AFP的加标回收率为90.98 ~ 98.92%。同时，还将该传感器用于测量人体的尿液样本，并成功区分出健康人(N-1、N-2)以及早期(P-1)和晚期(P-2)肝癌患者。早期和晚期肝癌患者尿液中检测到的AFP浓度分别为228.0±50.0 pg/mL和9.18±2.43 ng/mL，这进一步证明了TNTs /OVs/C-PEG/aptamer传感平台具有较好的应用前景。
综上所述，本文基于氧空位调控策略，构建了一个抗污型的PEC适配体传感器，用于AFP的高灵敏度和选择性检测。OVs不仅产生缺陷能级，大大提高了材料的光电转换效率，而且作为吸附位点(带正电荷)与C-PEG(带负电荷)连接，形成良好的防污层，显著提高了传感器的灵敏度、选择性和稳定性，从而实现了血清中和尿液样品中AFP的测定，为构建高灵敏度、高选择性、抗污染的PEC传感平台提供了新思路。
图1. 氧空位调控的抗污型PEC传感电极的制备原理图。（来源：Anal. Chem.）
图2. 理论（FDTD模拟）和实验（DRS、I-T）测试不同电极的光吸收和光电流。（来源：Anal. Chem.）
图3. TNTs， TNTs/OVs，TNTs/OVs/ C-PEG电极的抗污染性能测试。（来源：Anal. Chem.）
图4. TNTs /OVs/C-PEG/aptamer 的线性检测、选择性检测、重现性，实际血清和尿液样品检测对比。（来源: Anal. Chem.）
论文链接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.3c05782
第一作者简介：
辛艳梅讲师，主要研究方向为生物纳米材料制备和生物传感构建。近年来，主持和参与省部级以上项目3项；以第一作者或通讯作者在ACS Nano、Analytical Chemistry、Biosensors and Bioelectronics、Sensors and Actuators: B. Chemical、Chemical Communications、ACS Sustainable Chemistry & Engineering等国际期刊上发表相关学术论文20余篇。获得上海理工大学“思学计划”。