《Microchemical Journal》：Electrochemical frontiers in folic acid sensing: nanomaterial-enabled biosensors for precision diagnostics
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作者：Shikha Sharma、Rohit Sain、Himanshu Malik、Minakshi Sharma
印度哈里亚纳邦罗塔克（Rohtak）124001，玛哈希·达亚南德大学（Maharshi Dayanand University）动物学系
摘要
叶酸（FA）
作者：Shikha Sharma、Rohit Sain、Himanshu Malik、Minakshi Sharma
印度哈里亚纳邦罗塔克（Rohtak）124001，玛哈希·达亚南德大学（Maharshi Dayanand University）动物学系
摘要
叶酸（FA）在DNA合成、细胞代谢和神经发育中起着关键作用，因此对其的准确监测对于临床诊断、营养评估和疾病预防策略至关重要。电化学生物传感技术的最新进展彻底改变了叶酸的检测方法，提供了高灵敏度、快速响应时间、微型化潜力以及低成本制造的可能性。本文综述了专为叶酸监测设计的电化学生物传感器中的关键创新，重点介绍了新型电极材料、纳米结构以及基于酶的生物识别元件（如分子印迹聚合物）。特别强调了碳纳米管、石墨烯衍生物和金属有机框架（MOFs）等纳米材料的集成，这些材料显著提升了电子转移动力学和传感器性能。同时讨论了与选择性、稳定性和实际样品分析相关的挑战，并探讨了未来的临床转化和商业化应用方向。本文旨在全面概述当前电化学生物传感技术在叶酸检测领域的现状和新兴机遇。
引言
叶酸（FA），又称维生素M或维生素B9，是一种水溶性的B族维生素。它是人类饮食的重要组成部分，在红细胞生成过程中也起着重要作用。FA的IUPAC名称为（2S）-2-[4-[(2-氨基-4-氧代-1H-蝶呤-6-基)甲氨基]苯甲酰]氨基]戊二酸[1]。叶酸呈黄橙色，存在于动物、植物、藻类和蘑菇的肾脏和肝脏中，还参与多种代谢途径，如氨基酸的相互转化以及嘌呤和嘧啶的生物合成[2]。FA的分子结构由三部分组成：一个通过对氨基苯甲酸与L-谷氨酸连接的蝶呤基团（见图S1）。
叶酸（也称为蝶酰谷氨酸PteGlu）能促进细胞分裂，因此对胎儿的正常生长发育至关重要[3]。人体内的叶酸含量约为10–30毫克。血清和脑脊液中的正常叶酸浓度分别为5–15纳克/毫升和16–21纳克/毫升[4]。叶酸缺乏会导致多种健康问题，如阿尔茨海默病、智力下降、抑郁、胚胎神经管缺陷（NTD）、结直肠癌和乳腺癌风险增加、冠心病、听力损失、骨质疏松症以及巨幼红细胞性贫血[2]。由于叶酸可溶于水，人体无法储存它，因此其缺乏是最常见的维生素缺乏症之一[5]。
已经开发出多种分析方法用于检测天然来源、强化食品和药品样品中的叶酸，包括热重分析法[6]、分光光度法[7]、荧光法[8]、比色法[9]、流动注射化学发光法[10]、高效液相色谱法（HPLC）[11]和电泳法[12]。然而，这些方法存在一些主要缺点，如成本较高、需要样品预处理、耗时较长、需要专业操作人员且灵敏度较低。为克服这些局限，人们开发了生物传感方法用于叶酸监测。近年来，由于电化学生物传感器的操作简单、成本低廉、灵敏度高、准确性强且能够实现实时监测，它们受到了更多关注。为了进一步提高电化学生物传感器的分析性能，还集成了许多纳米材料。本文综述了专为叶酸检测设计的电化学生物传感器，重点介绍了碳纳米管、金属纳米颗粒、石墨烯衍生材料、分子印迹聚合物等不同纳米材料的应用，以增强分析性能和实际应用性。
章节片段
生物传感器技术概述
生物传感器是一种用于检测生物样品中特定分析物的分析装置（见图1）。其工作原理是基于信号转导，即检测生物过程中的变化并将其转换为电信号[13]。生物传感器主要由三个部分组成：生物受体元件、换能元件和信号处理元件。常用的生物受体元件包括酶、抗体和DNA等。
多种用于叶酸检测的电化学生物传感器
已经开发出多种电化学生物传感器平台，这些平台利用固定在电极上的生物识别元件和电化学转导机制将生物相互作用转化为电信号。这些传感器具有高灵敏度和选择性，能够检测复杂基质中的低浓度叶酸。此外，电化学生物传感器的微型化和低成本特性使其适合现场应用。
结论
根据上述内容，可以得出结论：与传统方法（如比色法、荧光法、分光光度法和色谱法）相比，电化学生物传感方法在叶酸检测方面具有更多优势。电化学方法使用更为便捷，且可实现微型化，便于集成到手持设备中。对比不同电化学传感器发现，纳米材料的应用可以有效提高检测性能。
挑战与未来展望
尽管电化学生物传感器在叶酸检测方面取得了显著进展，但仍存在一些限制其临床和商业应用的障碍。主要挑战包括在复杂生物基质中的生物污染问题，这可能降低传感器灵敏度和长期稳定性；此外，当存在结构相似的生物分子时，选择性也会受到影响。可重复性和批次间变异性也是关键问题，尤其是对于基于纳米材料的传感器而言。
作者贡献声明
Shikha Sharma: 负责撰写综述和初稿、方法设计、数据整理及概念构建。Rohit Sain: 负责资源调配、项目管理和资金申请。Himanshu Malik: 负责软件开发、资源协调及项目管理。Minakshi Sharma: 负责数据可视化、验证及项目监督。
资金来源
作者Shikha Sharma感谢印度科学与工业研究委员会（CSIR）在本研究期间提供的资深研究奖学金。作者Rohit Sain和Himanshu Malik分别感谢新德里大学资助委员会（UGC）和印度科学与工业研究委员会（CSIR）提供的初级研究奖学金。
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的可能会影响本论文研究的财务利益或个人关系。
