《Electrochemistry Communications》：A dual-aptamer biosensor based on NPG for one-step and rapid HER2 detection in breast cancer
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本研究针对传统HER2免疫生物传感器中抗体稳定性差、空间位阻大导致灵敏度与稳定性受限的问题，开发了一种新型双适体电化学生物传感器。研究采用双适体识别HER2不同表位形成夹心结构，并修饰纳米多孔金（NPG）增强信号，实现了对乳腺癌标志物HER2的一步、高灵敏检测。该传感器展现出宽线性范围（1 pg/mL–100 μg/mL）、低检出限（0.212 pg/mL）、优异的选择性与稳定性，为乳腺癌早期筛查与疗效监测提供了潜在工具。
乳腺癌是威胁女性健康的主要恶性肿瘤之一，而人表皮生长因子受体2（Human Epidermal Growth Factor Receptor 2， HER2）是指导乳腺癌治疗决策和预后预测的关键生物标志物。目前临床上检测HER2的主流方法是免疫组织化学（IHC）和荧光原位杂交（FISH），但这些方法存在操作复杂、耗时长、成本高且结果易受主观判断影响等局限。此外，基于抗体的电化学生物传感器虽然具有潜力，但其性能常受限于抗体自身生物稳定性差以及在传感器界面上产生的显著空间位阻。因此，开发一种快速、灵敏、稳定且成本低廉的新型HER2检测技术，对于实现乳腺癌的精准诊断与个性化治疗具有重要意义。
为了应对这一挑战，研究人员在《Electrochemistry Communications》上发表了一项创新研究，构建了一种基于纳米多孔金（Nano-porous Gold， NPG）的双适体电化学生物传感器，旨在实现HER2的一步快速、高灵敏检测。
本研究主要采用了以下几个关键技术方法：首先，制备并修饰了纳米多孔金（NPG）以增强丝网印刷碳电极（SPE）的性能；其次，通过Au-S键在电极表面固定了第一个HER2适体（APT1），并用巯基己醇（MCH）封闭非特异性位点，构建了传感界面；然后，利用修饰了肌红蛋白（Mb）的第二个适体（APT2）与目标HER2及电极上的APT1形成夹心结构，从而将电化学报告分子Mb引入电极表面；最后，通过方波伏安法（SWV）、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等电化学技术对传感器的构建过程、可行性及性能进行了系统表征与评估。
研究结果
1. 纳米多孔金（NPG）的表征
通过扫描电子显微镜（SEM）对NPG的形貌进行表征，确认了NPG的成功合成。结果表明，经过脱合金处理后形成的NPG具有均匀分布的双连续网络状骨架孔洞结构。这种结构增大了电极比表面积，有利于配体的固定和目标物的高效捕获，从而为提升传感器灵敏度奠定了基础。
2. 生物传感器构建过程的表征
通过EIS和CV对传感器组装过程进行监测。EIS结果表明，修饰NPG后电极的电子转移电阻（Ret）显著降低，证明了NPG优异的导电性。固定适体APT1后，由于DNA磷酸骨架的负电荷阻碍电子传递，Ret值增加。使用MCH封闭后，Ret进一步增大。当目标HER2与APT2结合并被捕获后，电极界面负电荷积累，导致Ret值再次上升。CV结果与EIS结果一致，清晰展示了每一步修饰对电极界面电子传递能力的影响，证实了传感器成功构建。
3. 生物传感器的可行性分析
通过SWV分析验证了双适体传感器检测HER2的可行性。实验表明，只有在HER2存在时，APT1和APT2才能通过HER2桥连，将Mb报告分子带到电极表面，产生显著增强的电化学电流信号。而未修饰NPG的电极对相同浓度HER2的响应信号则弱得多，这证明了NPG修饰对于增强检测响应信号、提高灵敏度至关重要。
4. 生物传感条件的优化
研究系统优化了影响检测效率的关键参数。结果表明，当APT1浓度为3 μM，APT2浓度为2 μM，杂交孵育时间为60分钟时，传感器对HER2的检测信号达到最优。
5. HER2双适体生物传感器的性能分析
在最优条件下，该传感器展现出卓越的检测性能。
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灵敏度与线性范围：传感器在1 pg/mL至100 μg/mL的宽浓度范围内与HER2浓度呈现良好的线性关系，线性回归方程为 I= 4.5004 lgC(HER2)+ 1.64433，相关系数R2= 0.9996，检测限低至0.212 pg/mL。
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选择性：传感器对癌胚抗原（CEA）、Ki-67、IgG等干扰蛋白以及总RNA和DNA表现出极强的抗干扰能力，其信号响应值远低于对HER2的响应，证实了其优异的选择性。
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重复性：在高、中、低三种浓度下进行重复检测，相对标准偏差（RSD）均小于5%，表明传感器具有良好的重复性。
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稳定性：制备好的传感器在4°C下储存15天后，其对HER2的检测信号仍能保持初始值的92.7%左右，显示出良好的长期稳定性。
结论与讨论
本研究成功构建了一种基于纳米多孔金（NPG）和双适体识别策略的新型电化学生物传感器，用于乳腺癌标志物HER2的超灵敏、高选择性检测。该传感器利用两个适体分别识别HER2的不同抗原表位，形成稳定的夹心结构，并结合NPG材料增强电极界面电子传递效率和比表面积，从而实现了性能的显著提升。
其重要意义在于：首先，该传感器克服了传统抗体传感器稳定性差、空间位阻大的缺点，利用适体尺寸小、稳定性好、成本低的优势，为生物传感提供了更优的识别元件。其次，该传感器拥有极宽的线性范围和极低的检测限，灵敏度优于许多已报道的检测方法，能够检测到极低浓度的HER2，这对于乳腺癌的早期诊断和微小残留病灶监测具有重要价值。再者，其优异的选择性、重复性和长期稳定性，满足了临床检测对准确性和可靠性的严苛要求。最后，该传感器操作简便、检测快速，且无需复杂的信号放大或酶标记步骤，成本较低，为开发适用于基层医疗机构或即时检测（Point-of-Care Testing， POCT）场景的乳腺癌诊断工具提供了有前景的技术方案。这项研究不仅为HER2检测提供了一种高效的新方法，也为基于适体的生物传感器设计及其在其它疾病标志物检测中的应用提供了有价值的参考。
