急性肾损伤（AKI），以前称为急性肾衰竭，是一种常见的临床危急疾病，发病率很高。其特征是肾功能突然丧失，尿量少于0.5 mL/kg/h且持续超过6小时[1]。临床症状包括血清中尿素氮和肌酐的持续升高以及盐分失衡。普通患者的AKI发病率为5%至7%，而在危重患者中可高达30%，相关死亡率约为50%[2]。目前，血清肌酐是最常用的AKI诊断生物标志物。然而，它只有在肾功能不可逆受损时才会升高。血清肌酐被认为是一个不可靠的指标，因为它受到非肾脏相关因素的影响，在血清肌酐水平升高之前，肾功能通常已经下降了约50%[3]。因此，迫切需要探索新的生物标志物以早期诊断AKI，从而提高AKI患者的治愈率和生存率。
中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL），也称为脂质运载蛋白-2，属于脂质运载蛋白家族。它是由中性粒细胞合成并在炎症和组织损伤时释放的蛋白质[4],[5]。NGAL的分子量为25 kDa，由178个氨基酸组成[6]。近年来，研究表明NGAL是诊断急性肾损伤（AKI）和早期糖尿病肾病最有效的生物标志物之一[9],[10]。研究显示，在手术或与炎症相关的肾小管上皮细胞损伤情况下，血液和尿液中的NGAL水平会迅速升高[7],[8]。健康个体的NGAL水平相对较低，通常≤0.7 ng/mL[11]。肾损伤后两小时内可以检测到尿液中NGAL水平的升高，在此阶段，损伤仍然是可逆的。因此，监测NGAL水平有助于早期发现肾损伤并评估其严重程度，这对改善AKI的诊断和预后以及评估治疗效果具有重要意义[12],[13]。
NGAL可以在血浆或尿液中检测到[14]。尿液NGAL（uNGAL）特别有前景，因为尿液可以由患者自行以非侵入性方式收集[15]。此外，收集后的尿液样本不需要特殊处理。与血液相比，尿液中的潜在干扰蛋白质较少[16],[17]。所有这些特性使得尿液成为开发分布式传感策略的更理想样本。
酶联免疫吸附测定（ELISA）一直是常用的NGAL浓度测定方法[20],[21]。市场上有多种针对急性肾损伤（AKI）诊断设计的NGAL免疫测定试剂盒。例如，Alere Triage NGAL试剂盒在测量全血或尿液样本中20至200 ng/mL范围内的NGAL浓度时，检测限不超过10 ng/mL[22]。然而，这些检测方法通常涉及复杂的实验程序并且需要昂贵的试剂。
近年来，由于电化学技术具有操作简单、成本低、灵敏度高和便携性等优点[18],[19]，在检测不同生物靶标方面受到了广泛关注。鉴于开发NGAL电化学传感器有助于促进AKI的诊断，显然仍然需要先进高效的NGAL检测传感器。这种需求源于在AKI研究和临床实践中对更准确、快速和便捷的诊断方法的追求。
功能性核酸，如核酸适配体，能够以高亲和力和特异性结合目标，具有高稳定性、低成本、结构可定制性和序列可编程性等额外优势[23],[24]。它们已被广泛应用于生物传感、治疗、生物成像和纳米技术领域。在计算机模拟的指导下，生物受体-配体相互作用的分析得到了显著改进，为更合理和高效的适配体定制铺平了道路。例如，在Xu等人的研究中[29]，在计算机模拟的指导下，原始的80个核苷酸长的黄曲霉素1 AFB1适配体首先被截短至最短的有效结构13个核苷酸。通过碱基突变、删除和添加确定了关键结合域，并通过适配体融合来优化多功能性。基于BiApt中AFB1和硫黄素T之间的竞争性结合，设计了一种新型的无标记比色荧光适配体传感器。
通过使用计算机模拟基于已知NGAL蛋白结构和已知NGAL适配体之间的相互作用来筛选NGAL适配体序列，可以开发出更精确和特异的检测方法。这种方法可以提高检测的灵敏度和选择性，使其在生物样本中检测NGAL时更加可靠[28]。
在NGAL的检测中，功能性核酸与电化学传感器的结合具有多种优势[27]。在这项研究中，我们采用了一种基于计算机模拟的工程策略，包括四个系统且明确的步骤，以合理有效地定制NGAL适配体：1）原始适配体的计算机模拟；2）通过计算机引导的合理截短确定最小结合基序；3）使用基于计算机的方法进行虚拟筛选；4）通过分子对接和验证寻找优化的适配体。基于选定的适配体，我们结合了功能性核酸和电化学传感器的优点，构建了一种电化学适配体传感器。最终，使用生成的适配体构建了一种新型适配体传感器，实现了NGAL的快速、灵敏和低成本检测。
