基于酶转化的ON-OFF光电化学免疫传感策略：以白细胞介素-6检测为例验证该概念的有效性

单线态氧介导的酶促光电化学传感策略用于IL-6检测，通过碱性磷酸酶激活无活性荧光前体实现ON-OFF信号转换，检测限达85.4 pg/mL，兼容常规免疫检测流程。

　　

安迪·维特恩（Andy Wijten）| 塞莉亚·托约斯-罗德里格斯（Celia Toyos-Rodriguez）| 卡罗利恩·德瓦尔（Karolien De Wael）

安特卫普大学（University of Antwerp, UA）生物科学工程系（A-PECS），地址：Groenenborgerlaan 171，2020，比利时

摘要

单线态氧（¹O₂）介导的光电化学（¹O₂-PEC）生物传感技术已成为一种高度敏感且选择性的生物分子检测平台，其优势在于由于采用了光开关模式（开启/关闭），背景信号较低。然而，该技术的应用范围受到限制，主要原因是需要将亲和分子与合适的II型光敏剂进行修饰。在此，我们提出了一种新型的基于碱性磷酸酶（ALP）作为信号生成酶标记物的ON/OFF ¹O₂-PEC传感策略。在这种方法中，ALP催化无活性的光敏剂前体（FDP，即荧光素二磷酸盐）的去磷酸化反应，从而在酶的作用下激活该前体。这种ON/OFF策略使得检测方法设计更加灵活，并能直接整合到标准的免疫分析流程中。作为概念验证，我们展示了该方法对临床相关炎症生物标志物白细胞介素-6（IL-6）的检测能力，结果显示检测限为85.4 pg/mL，线性范围为100 – 500 pg/mL，并且在稀释的人类血清样本中也表现出良好的性能。所开发的策略证明了ALP作为PEC免疫分析通用且适应性强的标记物的潜力，为开发紧凑型、高灵敏度的即时诊断平台提供了简便途径。

章节摘录

引言

生物分析技术如今已成为临床诊断和监测的重要工具（Kinnamon等人，2022年）。免疫分析主要依赖抗体作为识别元件，其中酶联免疫吸附测定（ELISA）是蛋白质生物标志物检测的黄金标准。尽管这些方法可靠且灵敏，但它们耗时较长，需要设备完善的实验室环境和高昂的光学仪器。

光电化学测量

所有实验均使用丝印碳电极（SPCEs，DRP-110，DropSens，西班牙）进行，电极配备有碳辅助电极和银参比电极。实验采用光开关模式（光照60秒，关闭10秒，再关闭30秒）。优化后的实验条件为波长470纳米，光强45 mW/cm²。使用的溶液含有1μM的光敏剂（荧光素或FDP）和1mM的氧化还原介质。

荧光素作为II型光敏剂的优化

荧光素（图1.A.）是一种常用的荧光染料，应用于显微镜（Kirley和Norman，2023年）、光学传感器（Qin，2020年）或活细胞生物传感（Mehl等人，2024年）中。虽然荧光素也被报道可作为II型光敏剂（Shigemitsu等人，2022年），但其¹O₂量子产率低于其他黄酮衍生物（如玫瑰红，分别为Φ_Δ 0.01和0.75）（Wang等人，2021年）。据我们所知，此前尚未有研究将荧光素用于¹O₂光敏剂的应用。

结论

综上所述，我们开发了一种与免疫传感技术兼容的ON/OFF ¹O₂-PEC系统。通过挖掘荧光素作为II型光敏剂的潜力，并通过ALP优化其无活性衍生物FDP的酶促转化过程，我们建立了一种新的¹O₂-PEC检测方法。活性光敏剂在溶液中的生成以及其与氧化还原介质和电极的紧密接触促进了信号放大。这种ON/OFF策略的结合进一步提升了检测的灵敏度和实用性。

CRediT作者贡献声明

卡罗利恩·德瓦尔（Karolien De Wael）：撰写、审稿与编辑、项目监督、资源管理、资金申请。 塞莉亚·托约斯-罗德里格斯（Celia Toyos-Rodriguez）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、结果验证、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。 安迪·维特恩（Andy Wijten）：原始稿撰写、数据可视化、结果验证、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据获取

数据可应要求提供。

关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在撰写本文过程中，作者使用了OpenAI ChatGPT（GPT-4.5）来提升语言表达和可读性。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审查和编辑，并对最终发布的文章内容负全责。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了佛兰德斯研究基金会（FWO，授权号G0AF625N）的支持。K.D.W.还获得了FWO（包括基础设施支持）、BOF（SEP）和IOF UAntwerp的资助。