综述：电化学生物传感器：一种用于妊娠滋养细胞肿瘤中快速且经济高效的人绒毛膜促性腺激素（hCG）监测的新方法

《RSC Advances》：Electrochemical biosensors: a novel approach for rapid and cost-effective hCG monitoring in gestational trophoblastic tumours

　　Yuspian Nur|Harra Ismi Farah|Wahyu Widayat|Andi Kurniadi|Gatot Nyarumenteng Adipurnawan Winarno|Yudi Mulyana Hidayat|Kemala Isnainiasih Mantilidewi|Yeni Wahyuni Hartati|Toto Subroto|Muhammad Yusuf
印度尼西亚西爪哇省万隆Padjadjaran大学分子生物技术及生物信息学研究中心（40132）

人绒毛膜促性腺激素（β-hCG）是诊断和监测妊娠滋养层细胞疾病（GTD）的关键生物标志物。目前常用的金标准方法，如化学发光免疫测定法和酶联免疫吸附测定法（ELISA），存在操作成本高、分析时间长以及需要集中实验室设施等限制，这限制了其在资源有限环境中的应用。作为一种有前景的替代方案，电化学生物传感器能够快速、灵敏、选择性地检测β-hCG，并具有成本效益，适用于床旁检测。本综述总结了电化学β-hCG生物传感器的发展进展，重点探讨了电极设计、界面设计、生物识别元件和信号放大策略方面的创新，这些创新显著提升了分析性能，包括检测限和线性动态范围。特别关注了能够在高浓度下准确测量β-hCG的生物传感器，这对于有效管理GTD至关重要。综述还讨论了主要挑战，如稳定性、在复杂生物基质中的选择性、重复性以及在临床相关的高β-hCG水平下的测量性能一致性。最后， miniaturization（微型化）、微流体集成和多重检测等新兴趋势被强调为支持实时GTD监测的有希望的方向。

1. 引言
床旁（PoC）诊断技术在医学领域引起了广泛关注，因为它们能够实现实时、远程和准确的健康监测。这些系统可以直接在患者所在地或附近快速检测疾病，从而减少对传统和现代实验室诊断的依赖。通过提供即时的检测结果，PoC设备支持更快的临床决策，进而实现及时干预和改善患者预后。PoC技术的简便性、便携性和成本效益使其在资源有限的环境中特别有价值。此外，PoC技术的持续进步——例如灵敏度、特异性和与数字医疗平台的集成——进一步增强了其在现代医学中的作用。随着这些技术的发展，它们有望通过提供快速、可靠且广泛可获得的诊断解决方案来彻底改变疾病检测和管理方式。

2. 妇科肿瘤学中诊断解决方案的需求
随着床旁（PoC）技术的不断进步，对改进的诊断解决方案的需求也在增加。妊娠滋养层细胞疾病（GTD），特别是妊娠滋养层肿瘤（GTN），是一种早期检测和持续监测对于有效管理至关重要的临床状况。流行病学证据表明，亚洲人群中GTD的患病率明显更高，约为每400例妊娠中有1例，而在欧洲和美国则为每1500至2000例妊娠中有1例。某些人群还表现出对更具侵袭性疾病表型的易感性。尽管在全球范围内相对罕见，但GTN对母亲健康构成了重大威胁，特别是在资源有限的环境中。此外，除了地理和种族差异外，GTN还伴随着显著的临床负担。死亡率在某些队列中达到4.8%，主要归因于诊断延迟和专科护理的获取受限。

3. β-hCG的检测与诊断
人绒毛膜促性腺激素（hCG）是一种由非共价连接的α-和β-亚基组成的异二聚体糖蛋白激素，其中α-亚基与其他糖蛋白激素（LH、FSH和TSH）共通，而β-亚基赋予生物学和免疫学特异性。在正常妊娠中，完整的hCG（α + β）是维持黄体功能的主要循环形式。相比之下，β-hCG是指独立循环的自由β-亚基，在生理条件下其浓度通常较低。然而，在滋养层疾病和某些生殖细胞肿瘤中，自由β-hCG的分泌会异常增加。由于这种病理性的过度表达，β-hCG成为诊断和监测GTD的主要生物标志物。血清中β-hCG水平的升高通常是该疾病的第一个指标，浓度范围从1000到超过100,000 mIU/mL不等，具体取决于疾病的类型和阶段。准确的β-hCG检测至关重要，因为早期诊断有助于及时医疗干预，从而直接改善患者预后和生存率。临床实践中，通常进行连续的β-hCG测量以评估疾病进展、评估治疗效果并检测治疗后的复发情况。

4. 电化学生物传感器在GTD检测中的应用
已经开发了几种基于实验室的技术用于β-hCG检测，其中化学发光免疫测定法（CLIA）和酶联免疫吸附测定法（ELISA）是最常用的方法。CLIA通过化学发光进行检测，而ELISA依靠抗原-抗体相互作用来量化血液或尿液样本中的β-hCG。这些方法对于早期诊断和疾病监测非常有效；然而，它们存在固有的局限性，包括高操作成本、处理时间长以及需要专门的实验室设施。尽管作为金标准技术，传统方法在资源有限的环境中存在缺点，如成本高、耗时长、样品制备复杂、需要侵入性采样程序以及处理时间延长。这些限制延迟了及时诊断，并使随访评估变得复杂，而这些对于有效管理GTD至关重要。为了应对这些挑战，能够快速、灵敏且成本效益高的β-hCG检测替代方案受到了越来越多的关注。电化学生物传感器作为一种有前景的低成本、快速、准确的替代方案出现，提供了一种微创且用户友好的方法，适用于床旁（PoC）应用。这些生物传感器具有高灵敏度、选择性和快速检测能力，同时减少了广泛的样品制备需求，从而解决了患者和医疗提供者面临的关键问题。将电化学生物传感器整合到临床实验室中，具有显著提升GTD诊断和治疗监测的潜力。这项技术有潜力在特定临床场景下补充甚至替代传统方法，特别是在实时患者监测和资源有限的环境中。然而，当前的生物传感器平台仍面临技术限制，特别是在达到监测GTD所需的β-hCG浓度（超过50,000 mIU/mL）方面。

5. 结论
本综述系统评估了报告的生物传感器平台在临床相关hCG范围内的性能，包括电极材料、纳米材料架构、生物识别元件和信号放大策略，以扩展线性动态范围并保持复杂生物基质中的定量性能。通过建立一个基于临床需求的、机制整合的框架，将传感器设计直接与诊断决策阈值联系起来，强调了减轻高抗原水平下信号饱和的策略，并为下一代快速、成本效益高的电化学β-hCG生物传感器的开发提供了清晰的路线图。此外，本综述的见解可以指导便携式、用户友好的电化学β-hCG生物传感器的开发，从而提高资源有限环境中的检测可及性。随着生物传感技术的持续进步，未来的平台预计将变得更快、更精确，并更易于不同人群使用，最终加强全球医疗系统。

6. 总结
妊娠滋养层细胞疾病（GTD）是一组由胎盘滋养层细胞异常增殖引起的罕见疾病，这些细胞负责胚胎着床和胎盘发育。这些疾病包括从癌前病变（如完全性和部分性葡萄胎）到恶性实体（统称为GTN）的广泛临床谱系。GTD的全球发病率因地区而异，通常在每1000例妊娠中约有0.6至1.1例。流行病学研究表明，亚洲人群中的患病率高于西方国家。妊娠葡萄胎是GTD的主要前体，全球范围内约为每600例妊娠中有1例，但在亚洲某些地区的发病率更高。这些地理差异被认为是由遗传、环境和社会经济因素以及医疗保健获取的差异共同造成的。

GTD的管理中的一个主要挑战是其临床表现的多样性，包括PSTT和ETT等。每种情况都有独特的组织病理特征和临床行为，需要全面了解其特点以进行有效诊断和治疗。例如，PSTT极为罕见，仅占妊娠滋养层细胞疾病病例的0.2-2%，可能发生在各种妊娠事件之后，包括正常妊娠和流产。了解其流行病学和相关风险因素对于早期检测和最佳管理至关重要。GTT的监测通常涉及测量血清中的人绒毛膜促性腺激素（hCG）水平，这是这些疾病的肿瘤标志物。hCG水平的升高可能表明存在GTD，连续监测hCG水平有助于评估治疗反应和检测复发。然而，由于测量时间以及影响hCG生成的其他因素的存在，解读hCG水平可能较为复杂。因此，制定标准化的hCG监测方案对于提高诊断准确性和患者预后至关重要。除了hCG监测之外，如超声检查、计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）等影像学研究在评估葡萄胎（GTT）方面也起着重要作用。这些技术有助于评估疾病范围、检测转移性病变，并支持临床决策，以制定适当的治疗策略。然而，在许多医疗环境中，尤其是资源有限地区，获取先进的成像技术仍然受到限制，这突显了需要低成本且可靠的诊断方法。

葡萄胎的管理通常包括手术干预和化疗相结合的方式。手术程序可能包括清除葡萄胎组织或肿瘤切除，而化疗是治疗恶性葡萄胎（如绒毛膜癌）的主要方法。常用的多药EMA/CO方案已被证明具有很高的治疗效果，即使是在转移性疾病中也是如此。除了临床挑战之外，葡萄胎还可能给患者带来严重的生理痛苦。特别是年轻女性在诊断后，对生育能力和未来生殖结果的担忧尤为突出。因此，越来越多的关注集中在能够有效控制疾病同时维持生育潜力的保育治疗策略上。这些考虑强调了多学科管理的重要性，该管理结合了医学治疗和心理社会支持。

准确的诊断和有效的监测对于葡萄胎的最佳管理至关重要。超声检查结合血清hCG水平的测量仍然是诊断和治疗后监测的主要方法，在早期发现和持续患者管理中发挥着关键作用。超声成像可以可视化子宫内的情况，并有助于区分完全性和部分性葡萄胎。完全性葡萄胎通常表现为“暴风雪”样特征，由多个囊性空间引起，而部分性葡萄胎则可能伴有胎儿组织和异常的胎盘组织。此外，阴道多普勒超声可以通过评估局部侵袭情况来帮助定位病变并判断恶性潜能，从而有助于疾病分期。hCG水平升高或持续上升可能表明存在持续性滋养细胞疾病或葡萄胎的发展。因此，常规进行hCG浓度的连续监测以评估治疗反应并在早期发现疾病复发。临床指南（美国国家综合癌症网络，NCNN）建议在葡萄胎病理学检查后定期测量hCG水平，因为大约15%的完全性葡萄胎可能会进展为恶性滋养细胞肿瘤。

风险分层是葡萄胎管理的另一个关键组成部分。患者通常根据FIGO评分系统进行分类，该系统考虑了血清hCG水平、上次妊娠间隔时间、肿瘤大小和转移情况等因素。基于此评分系统，患者被分为低风险和高风险组，以指导治疗选择。葡萄胎的治疗策略主要基于化疗，并由FIGO/WHO风险分层指导。低风险疾病（FIGO/WHO评分0–6）患者通常接受单药化疗，最常用的是甲氨蝶呤或放线菌素D，缓解率接近100%。然而，约25–30%的FIGO评分为5–6的患者会对一线治疗产生耐药性，需要更密集的治疗策略。此外，治疗前hCG水平高和存在转移等因素可能会进一步恶化预后。因此，连续监测hCG水平对于评估治疗反应和早期发现复发至关重要。

高风险类别（FIGO/WHO评分7–12）患者对单药治疗产生耐药性的可能性更大，因此需要更复杂的治疗方案，如多药化疗方案，这可以提高缓解率并降低复发风险。尽管如此，治疗成功率仍然较低，治疗持续时间通常比低风险患者更长。超高风险患者（FIGO/WHO评分≥13）是最具挑战性的群体，他们常常对标准治疗产生耐药性，并有高复发风险。管理通常需要密集的多药化疗，常结合手术干预或其他治疗方法。对于对常规化疗反应不佳的患者，还在探索免疫疗法等新兴策略。由于这一群体在资源有限的情况下早期死亡率较高，因此早期诊断和获得最佳治疗设施的重要性尤为突出。尽管葡萄胎在适当治疗时具有很高的治愈率，但诊断延迟和医疗服务受限仍然是重大挑战。早期发现和持续监测对于防止疾病进展和改善患者预后至关重要。这些临床需求突显了需要可靠、敏感且易于获取的诊断工具，以便及时发现和长期监测滋养细胞疾病。

葡萄胎的初步诊断和管理依赖于血清β-hCG水平的测量，这是疾病检测、治疗监测和复发监测的关键生物标志物。β-hCG在正常妊娠期间由滋养细胞生理产生，但异常升高的水平与滋养细胞病理生理密切相关，尤其是葡萄胎。因此，β-hCG水平的定量测量在滋养细胞肿瘤的诊断和监测中起着核心作用。β-hCG水平还用于区分不同类型的生殖细胞肿瘤，包括生殖细胞瘤和非生殖细胞瘤（NGCT）。在日本，定义的β-hCG阈值（200和50 mIU/mL）用于指导这种肿瘤的临床诊断和管理。此外，β-hCG测量对于识别妊娠相关并发症（如葡萄胎）也非常重要，因为即使没有胎儿，也可能发生先兆子痫，这突显了该激素在预测和诊断妊娠相关并发症中的作用。

异常的β-hCG水平对疾病管理和治疗监测有重要影响。在异位妊娠中，连续评估β-hCG水平广泛用于评估药物治疗的效果，特别是甲氨蝶呤治疗。治疗后β-hCG水平的逐步下降通常表明疾病得到有效解决，而持续升高的浓度可能提示治疗失败，需要进一步干预。除了妊娠相关疾病外，β-hCG水平升高还与几种恶性肿瘤相关，包括绒毛膜癌，其中该激素作为肿瘤活性的生物标志物并有助于指导治疗策略。此外，β-hCG的临床意义还延伸到生殖医学的预后应用中，初步的β-hCG浓度与体外受精（IVF）的成功率相关，定义的阈值与临床妊娠率相关。这些发现强调了β-hCG不仅在诊断中的作用，还在预测治疗结果和支持患者咨询及临床管理方面的作用。

尽管β-hCG在诊断和管理葡萄胎中的作用已经确立，但仍需进一步研究和临床试验来优化其在临床实践中的应用。特别是研究不同临床条件下β-hCG水平的动态变化，例如胚胎移植后或异位妊娠治疗期间，可以提供对其预后能力的更深入理解。此外，深入了解正常和病理状态下调节β-hCG生成的生化途径和机制有助于开发更有效的诊断和治疗策略。最常用的检测β-hCG的方法是化学发光免疫测定（CLIA）和酶联免疫吸附测定（ELISA）。这些技术在检测β-hCG方面具有高灵敏度和特异性，使其在临床实践中非常可靠。这些技术利用特定抗体与抗原（此处为β-hCG）之间的相互作用生成可测量的信号，从而评估患者血清中该激素的存在或浓度。

从临床和分析的角度来看，基于hCG水平的决策阶段对检测范围、灵敏度和定量精度有不同的要求。在早期诊断阶段（包括早期妊娠筛查和葡萄胎的初步临床评估）中，需要高灵敏度和低检测限，以便在低至中等浓度下可靠地测量hCG水平，并根据测量结果明确区分病理升高。在治疗期间或其他治疗中的监测需要具有宽线性动态范围和高信号线性的检测方法，因为此时hCG/β-hCG水平非常高。此时，临床决策依赖于趋势分析和高hCG水平的准确量化，以评估治疗反应。此外，检测复发和治疗后监测需要更高的灵敏度和精度，以测量接近基线值或几乎无法检测到的非常低的hCG/β-hCG水平。这对于早期识别残留或复发的疾病非常有用。未能满足这些不同的分析需求（特别是在高浓度时的动态范围限制）可能导致信号饱和、误判疾病状态和临床干预延迟。因此，只有少数方法能够最佳满足所有临床目标，这需要一种专门为临床决策路径设计并评估的hCG检测方法，平衡灵敏度、线性动态范围和定量精度。

表1. 不同条件下的hCG水平
- 早期妊娠（3–4周）：22–239 mIU/mL
- 正常妊娠（6周至足月）：16.8–50 mIU/mL
- 异位妊娠：>1500 mIU/mL
- 无异位肿块或Douglas囊腔内无液体的异位妊娠：>2000 mIU/mL
- 完全性葡萄胎：>100,000 mIU/mL
- 部分性葡萄胎：中位数：48,900 mIU/mL（范围11,600至220,114 mIU/mL）
- 绒毛膜癌：>1,000,000 mIU/mL
- 胎盘部位滋养细胞肿瘤：中位数：30 mIU/mL（范围1至231 mIU/mL）
- 葡萄胎：50,000–100,000 mIU/mL
- 葡萄胎伴葡萄胎病变：5周时高于10,000 mIU/mL，8周时高于1,000 mIU/mL，24周时可检测到
- 生殖细胞肿瘤：
- 精原细胞瘤：增加约15–20%
- 非精原细胞瘤（NSGCT）：增加约40–50%，>5,000 mIU/mL（低风险），5,000–50,000 mIU/mL（中等风险）和>50,000 mIU/mL（高风险）
- 移行细胞癌（TCC）：增加约10–75%
- 前列腺癌：200–30,000 mIU/mL

基于免疫测定（如CLIA和ELISA）的方法的主要优势在于它们能够在非常低的浓度下高精度地检测β-hCG，这在葡萄胎中尤为重要，因为早期诊断对于成功治疗和预后至关重要。多项研究表明，这些技术一致地提供了准确的β-hCG检测结果，从而确立了它们作为监测和管理葡萄胎患者的黄金标准。尽管CLIA和ELISA在检测生物标志物方面具有很高的可靠性并且灵敏度很高，但它们也有固有的局限性，可能显著影响临床诊断。这些方法通常需要相对较长的时间处理样本，可能需要数小时甚至数天才能得出结果，这可能会妨碍及时诊断和治疗，特别是在紧急医疗情况下。此外，这些测试的样本制备过程复杂，通常需要静脉抽血，这对患者来说可能不便且不舒服。除了时间和不适之外，这些测试还涉及高昂的成本，因为需要专门的设备和经过高度训练的人员来准确执行。依赖复杂的程序以及在样本处理和分析过程中的人为错误可能会进一步复杂化这些传统方法的临床应用。此外，免疫测定的特异性也是一个问题，因为与相似生物分子的交叉反应可能导致假阳性或假阴性结果，从而使结果解释变得复杂。

传统免疫测定的局限性强调了需要更高效和用户友好的诊断工具。因此，人们对开发更快、更经济的方法有日益增长的需求，同时保持检测β-hCG的高灵敏度和特异性。生物传感器技术的进步，特别是电化学生物传感器，提供了一种有前景的替代方案，可以解决这些挑战。这些新技术能够快速、灵敏且特异性地检测生物标志物，同时减少样本制备量并降低成本，使其非常适合即时检测应用。电化学生物传感器的原理与优势
电化学生物传感器在环境监测、食品安全和医疗保健等多个领域受到了广泛关注，这得益于它们快速的分析响应、出色的灵敏度以及设备小型化的潜力。在临床诊断领域，这种平台对于检测hCG/β-hCG具有巨大潜力，hCG是妊娠筛查和妊娠滋养细胞疾病（GTD/GTN）的重要生物标志物，同时也是监测这些疾病治疗效果的指标。该设备结合了生物识别元件（包括抗体或适体）的免疫特异性与电化学系统的灵敏转换特性。具体而言，β-hCG与其生物受体之间的选择性相互作用被转换为可测量的电信号，从而实现高精度和重复性的定量分析。选择性抗原-生物受体识别与电化学检测的结合有助于可靠地量化低丰度生物标志物（如β-hCG），从而支持开发适用于即时检测和实时监测的便携式诊断平台。

为了更好地说明电化学生物传感器在β-hCG监测中的潜在临床应用，图中展示了一个概念性工作流程（见图2）。

**图2. 临床改进型电化学免疫传感器用于检测GTD中的β-hCG的示意图。** 血样中的β-hCG与修饰电极上固定的生物受体结合，产生电化学信号，该信号被转换为定量输出，从而能够在诊断和治疗过程中动态监测β-hCG的水平。

在临床环境中测量hCG/β-hCG水平需要高度的准确性和灵敏度，因为其浓度的变化通常直接关系到妊娠滋养细胞疾病和妊娠滋养细胞肿瘤患者的诊断结果、疾病进展和治疗效果。因此，能够快速、可靠且重复地提供定量结果的分析方法对于支持准确的临床决策至关重要。与放射免疫测定（RIA）、ELISA和化学发光免疫测定（CLIA）等传统免疫学方法相比，电化学生物传感器正因其优势而受到越来越多的研究关注。已经有多种生物传感器设计被报道可以检测hCG/β-hCG（见图3）。

与传统实验室免疫测定方法相比，电化学生物传感器提供了简化的分析流程，降低了操作复杂性，通常只需要最少的样品准备和简单的仪器设备，并且分析成本更为经济。这种操作上的便捷性促进了其在初级医疗服务和分散式医疗服务网络中的更广泛应用，从而扩大了对基本诊断测试的访问范围。此外，该平台具有高分析灵敏度和宽广的线性检测范围，能够在各种临床情境下准确测量hCG/β-hCG的浓度。多项研究表明，电化学生物传感器在检测生物标志物时具有比传统方法更高的分析灵敏度，这对于在极低浓度下检测生物标志物尤为重要。例如，一些电化学生物传感器平台能够在低至0.00286 mIU/mL的浓度下检测β-hCG，这超出了ELISA方法的典型检测限。这种能力在需要早期监测和高精度的临床情境中（如早期妊娠检测、滋养细胞疾病残留物的评估以及治疗早期监测）具有重要意义。

然而，提高灵敏度的同时需要保持足够的分析特异性。在复杂生物基质中检测hCG/β-hCG的主要挑战之一是实现高度特异性，以确保所测信号确实来源于hCG/β-hCG而非生物样本中的干扰分子。这些限制通常是由于与具有相似结构或电化学性质的激素或其他化合物的交叉反应造成的。电化学生物传感器通过使用精心选择的生物受体并优化电极表面化学性质来克服这一问题，以最小化来自类似结构激素（如黄体生成激素（LH）、促卵泡激素（FSH）和促甲状腺激素（TSH）以及非特异性干扰分子（如叶酸、抗坏血酸、牛血清白蛋白（BSA）和L-谷氨酸）的干扰。这种策略显著降低了假阳性结果的可能性，提高了诊断准确性。

电化学生物传感器的另一个优势是它们能够提供相对更宽的线性检测范围，适用于各种临床条件下的β-hCG测量。在妊娠监测或妊娠滋养细胞疾病的检测和随访等应用中，β-hCG浓度可能会随时间显著变化。因此，电化学生物传感器在宽浓度范围内保持准确性的能力对于支持可靠的临床监测和精确的医疗决策至关重要。不过，多项研究中报道的hCG/β-hCG电化学生物传感器的线性检测范围仍有改进空间。如表1所示，几种生物传感器的线性检测范围性能尚未完全覆盖所有相关临床浓度变化。这些发现表明，扩展线性检测范围以及整体提升分析性能是开发用于临床应用中的hCG/β-hCG检测的电化学生物传感器的另一个主要挑战。

电化学生物传感器的分析性能很大程度上受到电极材料和表面修饰策略的影响。金电极和碳电极因其优异的电导率和生物相容性而被广泛使用。研究表明，在金电极上使用自组装单层（SAM）等表面工程方法可以增强生物受体的固定效率和信号稳定性。Koterwa（2023年）和D?browski（2019年）的研究表明，经过SAM修饰的金电极能够产生更灵敏和特异性的β-hCG检测生物传感器。

总体而言，电化学生物传感器在速度、灵敏度、检测范围和特异性方面具有显著优势，使其成为临床应用中的有力竞争者。在许多需要早期和准确检测的情况下（如妊娠滋养细胞疾病或妊娠监测），这些生物传感器相比传统检测方法（如ELISA）具有明显优势。这些优势使得电化学生物传感器成为更高效、更快、更可靠的临床诊断工具。尽管如此，仍需注意的是，电化学hCG/β-hCG生物传感器的分析性能很大程度上取决于具体平台，并且通常是在优化后的实验室条件下展示出来的。因此，将高灵敏度和宽线性检测范围转化为稳定、可重复且临床可靠的设备仍然面临许多实际和工程上的挑战。

**5. 现有传感器的研究进展**
电化学生物传感器在hCG检测方面的发展已成为一个活跃的研究领域，已探索了多种方法。最近的研究表明，这些传感器在临床样本中检测hCG方面具有多功能性。已报道了多种使用导电材料、不同受体和生物受体以及各种电化学方法的电极修饰方式（见表2）。所有进行的研究都可以用于监测GTD或GTN疾病，但可检测的hCG/β-hCG水平仅限于表中报告的范围。

**表2. 用于检测浓度高于500 mIU/mL的β-hCG的电化学生物传感器**
| 电极修饰方法 | 检测限（mIU/mL） | 检测范围（mIU/mL） | 样品基质 | 参考文献 |
|------------------|-------------|-------------|-------------|-------------------|
| hCG-Fc-IgG复合体 | FIA | 0–2000 | 缓冲液99 | |
| 2-(生物素-SA)-AP/hCG/mAb | 1-AuESW | 2160–2000 | 缓冲液100 | |
| 2-(LC-SPDP)-AP/hCG/mAb | 1-AuESW | 2400–4000 | 缓冲液100 | |
| 2-(LC-SPDP)-AP/hCG/mAb | 1-AuECA | 1750–5000 | 缓冲液101 | |
| Au/SiC-CSP | 0.04 | 20.1–5; 5–1000 | 缓冲液&血清 | |
| Pd–Al合金/HRP-Ab2/hCG/Ab1/GNPs/PB/GNps/GCE | 0.09 | 35–2000 | 缓冲液&血清 | |
| Au/MWCNTs/GSDP | 0.00286 | 0.005–500 | 缓冲液&血清 | |
| SPEs/Ab1/GNPs-Ab2-ALP-IgG | GDPV | 0.36 | 1–10000 | 缓冲液&血清 | |
| LPCs-SnS2/AuNPs | CV | 0.06 | 45–500 | 缓冲液&血清 | |
| PANI/石墨烯-SPE | EIS | 0.00286 | 0.01–500 | 缓冲液&尿液 | |
| AgNPs/Gr–IL–Chit | DPV | 0.0066 | 0.02–530 | 缓冲液&血清 | |
| SPE/AuNP/肽 AptEIS | 15–1500 | 缓冲液&血清 | 32 Au/Cys/肽 | |
| EIS | 0.0095 | 0.5–5000 | 缓冲液&血清 | |
| 石墨烯薄膜/SiO2/Si基底 | FET | 0.01 | 0.001–1000 | 缓冲液&血清 | |
| 石墨烯/抗-rIgG/rIgG | CV | 2.45 | 0–1000 | 缓冲液&血清 | |

Laschi（2023年）开发了一种使用涂有抗-rIgG Fc的石墨基底工作电极的电化学生物传感器来检测血清样本中的β-hCG。抗-rIgG Fc作为阻断剂，增强了特异性检测抗体的定向固定。检测机制涉及夹心法，其中分析物同时与两种抗体结合，分别识别分子的不同表位。信号随分析物浓度的增加而增强，通过与含有固定浓度次级rIgG抗-hCG-AP的溶液孵育来测量特异性反应的程度，从而得到与抗原浓度成正比的信号。在优化条件下，该电化学免疫测定的β-hCG检测范围为0–1000 mIU/mL，检测限（LOD）为2.45 mIU/mL。

Koterwa（2023年）通过使用半胱氨酸和寡肽修饰金电极成功开发了一种电化学生物传感器。半胱氨酸作为金电极和受体之间的连接剂，而寡肽受体被设计为特异性结合hCG。所使用的寡肽序列为Proline–Proline–Leucine–Arginine–Isoleucine–Asparagine–Arginine–Histidine–Isoleucine–Leucine–Threonine–Arginine。该生物传感器利用电化学阻抗谱（EIS）有效检测了人血清中的hCG水平，检测限（LOD）为0.0095 mIU/mL，检测范围为0.5–50,000 mIU/mL。

对于超过50,000 mIU/mL的hCG浓度，Cao（2017年）的研究报道了一种利用含有醛基的打印层电极功能化的电化学生物传感器来固定捕获抗体（Ab1）。此外，信号抗体（Ab2）与金纳米颗粒（GNPs）结合以增强导电性和电化学信号。为了进一步放大检测信号，将碱性磷酸酶（ALP-IgG）与次级抗体结合。这些组件被整合到基于纸张的微流控系统（μPADs）中，实现了高效快速的检测。该生物传感器的检测限（LOD）为0.36 mIU/mL，线性检测范围为1.0–100,000 mIU/mL。

另一个重要创新是在β-hCG检测免疫传感器中使用了羧基化和氧化的钻石纳米颗粒。研究表明，这些钻石纳米颗粒显著提高了免疫传感器的灵敏度，甚至能在生物样本中检测到微量的β-hCG。钻石纳米颗粒的独特性质（如高表面积和优异的导电性）有助于增强电化学信号。这一进展在需要早期检测β-hCG的临床场景中至关重要，例如监测早期妊娠或诊断妊娠滋养细胞肿瘤。

除了纳米材料外，基于石墨烯场效应晶体管（FETs）的无标记生物传感器的开发也代表了生物传感器技术的一项突破。石墨烯以其卓越的电导率和高的表面积与体积比而著称，能够制造出具有出色灵敏度和特异性的生物传感器。无标记传感器消除了对额外标记分子的需求，降低了复杂性并保持了高精度。这些基于石墨烯的FET生物传感器在检测β-hCG方面表现出良好效果，使其成为生殖健康和肿瘤学等医疗应用中早期诊断的宝贵工具。这些进展强调了先进材料在改变未来生物传感器技术方面的潜力。

根据所呈现的研究结果和表2中的数据总结，可以得出结论：用于检测hCG/β-hCG的电化学生物传感器通常表现出非常优异的分析性能，特别是在灵敏度和低检测限方面。这种性能的实现是通过多种电极和生物受体改性的策略来实现的，这些策略有效地提高了电子转移效率和生物分子的结合能力。然而，在中等到高定量水平下，大多数报道的平台仍然显示出相对有限的线性动态范围（LDR），通常只有大约1000 mIU mL?1，正如基于夹心配置的研究所展示的那样。这些限制可能是由于工作电极表面的饱和以及在高抗原浓度下生物受体密度增加所导致的信号限制（Laschi等人，2023年）。相比之下，使用基于硫金的自组装单层（SAM）方法并结合EIS检测方法的电极已被报道能够检测到高达50,000 mIU mL?1的hCG，并保持稳定的分析性能。尽管使用小型合成受体可以减少空间阻碍并延迟表面钝化，但基于阻抗的转导机制在非常高的抗原负荷下仍然容易受到信号饱和的影响，最终限制了LDR的扩展（Koterwa等人，2023年）。另一方面，Cao等人（2017年）开发的平台结合了微流控纸张和DPV测量方法，显示出高达100,000 mIU mL?1的定量能力。这些发现突显了基于法拉第电流的信号放大在实现与妊娠滋养细胞疾病（GTD）相关的高浓度hCG定量中的关键作用。总体而言，这种比较表明，尽管许多平台在灵敏度方面表现出色，但只有结合高结合能力和对信号放大具有容忍性的转导模式的生物传感器才能弥合妊娠水平检测和病理性水平监测之间的差距。

虽然妊娠滋养细胞疾病（GTD）发生在妊娠背景下，并与hCG/β-hCG的产生相关，但这些条件下的hCG浓度范围、分泌动态和分子异质性存在显著差异。GTD的特点是hCG异构体的多样性和可变的浓度曲线，这些可能与生理妊娠水平重叠，特别是在部分性葡萄胎和某些滋养层肿瘤中，这限制了妊娠导向检测的鉴别价值。此外，GTD是由异常的遗传和组织病理特征定义的，而不是妊娠本身，它可能发生在没有正在进行的妊娠的情况下，因此需要定量hCG监测和全面的临床评估以进行准确诊断和风险分层。在分析层面，目前大多数用于hCG检测的电化学生物传感器主要是针对早期妊娠相关的浓度范围进行优化的。因此，该平台尚未直接适用于非常高浓度（>105 mIU mL?1）的hCG检测，这些浓度常常与GTD相关，也不适用于产生相对较高水平的hCG/β-hCG和更广泛hCG异构体的某些肿瘤亚型。在高hCG水平下，电极上的生物传感受到工作电极容易饱和、钩效应和信号平台化的限制，而常用的转导模式（例如EIS或DPV）在电极界面被钝化后会失去响应性。虽然电化学生物传感器在检测相对较高浓度的hCG方面表现优异，但在测量极高水平时仍存在挑战。在GTD的情况下，hCG浓度可以超过100,000 mIU mL?1，而在非滋养层肿瘤中，浓度范围在1900到160,000 mIU mL?1之间。如果生物传感器无法检测到这些范围内的hCG，早期诊断和疾病监测过程可能会变得不理想。因此，需要进一步的技术进步来扩展可检测的浓度范围，同时保持准确性和分析稳健性。

在hCG/β-hCG的电化学检测中，主要分析限制之一是传感器在高抗原负荷下的饱和，这直接破坏了测量准确性。线性范围是指生物传感器能够定量测量hCG的浓度范围，从检测限（LOD）到传感器饱和的点，类似于动态范围（图4）。虽然更宽的动态范围描述了最小和最大可检测浓度之间的整体信号窗口，但在这个范围内并不保证比例性，特别是在非常低或非常高的浓度下。因此，LDR的概念对于定量临床诊断更为相关。

线性范围和生物传感器灵敏度之间存在基本的权衡。具有非常高灵敏度的生物传感器通常表现出较窄的检测范围，因为信号更快地饱和。相反，具有较宽线性范围的生物传感器通常表现出较低的传感器灵敏度。为了克服这些限制，需要进一步创新，包括电极材料优化、信号放大增强以及旨在延迟饱和并在临床相关水平的hCG/β-hCG下保持比例信号响应的换能器设计。一些研究试图通过修改生物识别元件和电化学换能器来克服这些挑战。纳米材料和酶促放大策略的结合已被证明能够提高灵敏度，同时也扩展了（尽管仍然有限）可检测的hCG/β-hCG水平范围。然而，仍存在其他挑战，特别是在确保长期传感器稳定性和在多样化条件下测试临床样本时保持一致性能方面。在这种背景下，传感器稳定性成为电化学生物传感器的主要挑战之一。这些传感器的性能可能会因环境因素（如温度波动、湿度和生物样本中干扰物质的存在）而下降。具体来说，用纳米材料改性的电极的稳定性可能会有显著变化，最终导致电化学响应的变化，降低设备的分析可靠性。在需要重复和长期监测的临床应用中，这种不稳定性变得越来越关键。

除了稳定性之外，重复性也是临床诊断中的一个关键方面。制造过程中的变化，例如生物受体固定化的差异，可能导致结果的不一致性。这种缺乏重复性可能会危及生物传感器的可靠性，特别是在高风险的应用中，如GTD诊断和治疗反应监测，其中临床决策严重依赖于定量数据的可靠性。翻译的挑战还因可扩展性和可制造性问题而变得更加复杂。尽管材料科学和纳米技术的进步使得高灵敏度实验室生物传感器的开发成为可能，但制造过程通常涉及复杂和昂贵的材料或逐步组装技术，这些技术在大规模生产时难以应用。在制造阶段，需要严格的质量控制来确保生产批次之间的一致性能，从而增加了大规模应用的复杂性和成本。除了技术和制造问题外，来自生物分子的干扰也是开发用于检测hCG/β-hCG的电化学生物传感器时的主要挑战。复杂的生物基质，如血清、血浆、尿液和唾液，包含各种蛋白质、代谢物和电活性物质，这些物质可能会产生背景噪声或在电极表面上引起非特异性吸附，从而降低测量信号的准确性。此外，与β-hCG结构相似的激素或生物分子的交叉反应对电化学生物传感器构成了重大挑战。这些干扰化合物通常存在于复杂的生物基质中，可能导致假阳性或假阴性结果，最终降低生物传感器的准确性。因此，创建能够区分β-hCG与其结构相似分子的高选择性生物受体，结合有效的表面阻断策略和抗污染方法，仍然是实现可靠和准确临床诊断的关键前提。

随着电极材料工程、信号放大策略和生物传感器技术的进步，未来的平台预计将在更广泛的范围内可靠地检测hCG，包括超过100,000 mIU mL?1的浓度，同时确保长期稳定性和高特异性。这一进步将为GTD和妊娠滋养细胞肿瘤（GTN）的诊断和治疗监测带来显著益处，最终提高治疗效果和患者预后。因此，进一步的研究在这一领域至关重要，以克服现有限制并促进电化学生物传感器在医学诊断中的更广泛应用。

已经开发了多种策略和方法来提高电化学生物传感器在检测GTD和GTN中的hCG或β-hCG的分析性能。传统的电化学传感平台经常面临灵敏度不足、线性动态范围有限、电荷转移效率低以及在高分析物浓度下的信号转导效率低等限制。为了解决这些挑战，已经探索了各种优化方法，特别是在电极材料工程、换能器和生物受体修饰以及信号放大策略方面。这些方法在提高hCG检测的灵敏度和可靠性方面发挥着关键作用，通过增强界面电荷转移、改善生物分子固定、保持比例信号转导以及延迟饱和来实现。因此，生物传感器的性能可以在灵敏度、信号稳定性和线性动态范围方面得到显著改进。重要的是，这些改进有助于最小化电极饱和，并降低在临床相关hCG浓度下的高剂量钩效应风险，从而支持开发更稳健和临床适用的生物传感平台。

电极界面和材料工程是影响电化学生物传感器分析性能的关键因素之一，它直接影响灵敏度、选择性和可获得的线性动态范围。在各种导电材料中，纳米材料因其高表面积与体积比、优异的化学活性以及比块状材料更高的电催化性能而成为特别有前途的候选者。导电纳米材料（如碳基纳米材料和金属纳米粒子）的整合已被证明可以显著提高电子转移动力学，同时降低检测限。这些性能提升主要归因于增大的有效表面积、大量的电活性位点以及电极-电解质界面处的电荷转移效率的提高，这些因素共同提高了信号灵敏度并支持了线性响应范围的扩展。在高hCG浓度下，传统的电化学生物传感器经常出现信号饱和，表现为响应平台化，而在某些基于免疫反应的系统中，这种情况会进一步增加对高剂量钩效应的敏感性。在这种情况下，高表面积纳米结构电极能够更有效地分布结合位点，并延迟界面饱和，从而即使在分析物浓度升高时也能保持比例信号响应。因此，纳米材料合成路线和整合策略的优化日益被认为是减轻饱和效应和扩展线性动态范围的有效和经过验证的方法。

尽管如此，与材料均匀性、长期稳定性和重复性相关的挑战仍然是开发可靠生物传感平台的关键障碍。研究人员研究了碳基纳米材料（如碳纳米管（CNTs）和石墨烯，因为它们具有高电导率、大表面积和机械灵活性。这些特性有助于电子在生物识别元件和电极表面之间高效移动，从而使生物传感器更加敏感并改善其电化学响应。碳基纳米材料还可以与无机纳米粒子、导电聚合物和生物分子结合，创建出更加敏感和选择性的纳米复合材料。这些混合系统在检测葡萄糖、胆固醇和癌症生物标志物等生物分子方面表现更好。三维（3D）碳结构，包括涂有金属氧化物（如CuO）的碳纳米墙和钻石结构，也被证明可以通过加速质量和电荷传输来提高电催化活性和稳定性。除了碳基纳米材料外，金属纳米粒子（如金（Au）、银（Ag）、铂（Pt）和钯（Pd）也被广泛研究作为电化学生物传感器的导电修饰剂。这些纳米粒子具有高比表面积、强电催化活性和高效的电子转移特性，这些特性共同提高了分析灵敏度并降低了检测限。其中，金纳米粒子（AuNPs）的使用最为频繁。用AuNPs改性的电极在检测过氧化氢方面的灵敏度提高了多达70%。银纳米粒子（AgNPs）也表现出显著潜力，将电子转移效率提高了约40%或更多。这与Sharma等人（2024年）在关于基孔肯雅病毒适配体生物传感器的研究报告结果一致。铂纳米颗粒（PtNPs）和钯纳米颗粒（PdNPs）进一步增强了电流响应和灵敏度，据报道PdNPs可将线性检测范围扩展至0.05–50 mM。金属纳米颗粒在基底上的均匀分布产生了额外的电活性位点，从而延缓了信号饱和，并为生物受体提供了更多的结合点。这种方法减少了拥挤现象，防止了信号过早饱和。此外，金属氧化物-碳复合材料被广泛认为是扩大电化学生物传感器线性检测范围的有前途的电极材料，这种材料结合了金属氧化物纳米结构的高电催化活性与碳纳米材料的优异导电性和大表面积。金属氧化物或混合金属衍生物（氧化物/硫化物/硒化物）与功能化碳之间的协同作用不仅增强了电子转移动力学，还为生物受体的固定提供了更有效的界面，从而支持在广泛的分析物浓度范围内实现更比例的信号转导。多项研究表明，基于TiO2、ZnO、SnO2、WO3和Fe2O3的复合材料与导电聚合物或石墨烯结合使用时，比单组分电极展现出更宽的电流响应和更宽的线性范围。在免疫传感器的背景下，增加的活性表面积和物质传输效率可以延缓在高分析物浓度下的信号响应下降，这种现象通常与高剂量钩效应相关。通过使用三维（3D）电极，这种效果得到了进一步增强，三维电极增强了分析物扩散和电子转移效率。各种基于金属、金属氧化物、碳和硅的三维材料由于其较大的比表面积、孔隙率和互连的三维导电路径而表现出优越的电化学性能。这些多孔结构加速了反应动力学，减少了在高分析物浓度下可能导致信号饱和的质量传输限制。此外，如三维整体石墨烯泡沫这样的结构中的多重导电路径即使在高分析物负载下也能促进从电极体积各处分布的结合位点进行有效的信号转导。纳米结构（如垂直排列的碳纳米管（CNTs）的对齐增加了活性表面的可访问性，并支持非平面径向扩散，有助于保持信号线性。因此，材料和电极结构的联合工程不仅提高了生物传感器的灵敏度，还将hCG/β-hCG的线性检测范围扩展到了临床相关的高浓度。此外，直接沉积、电化学沉积和层叠组装等集成策略能够精确控制电极形态。通过这些方法调节生物受体的密度和空间取向是设计最优换能器和生物识别元素的关键因素，这对于在低浓度下保持灵敏度与在高分析水平下的响应线性至关重要。优化电极材料、表面化学和纳米结构能够使电化学生物传感器适应各种临床场景中hCG/β-hCG浓度的广泛动态范围。这种材料和结构基础是进一步系统级优化的必要前提，特别是在选择转导模式和生物识别元素方面。除了电极材料工程之外，战略性地选择转导方法和生物受体对于提高电化学生物传感器检测GTD中hCG/β-hCG的分析性能至关重要，这些组件决定了电极界面上的生物识别事件如何转化为可测量的电信号，直接影响灵敏度、动态线性范围以及对信号饱和的敏感性。常见的β-hCG检测电化学转导模式包括安培法、伏安法和阻抗法，每种方法都有其独特的信号生成机制。安培法和伏安法利用法拉第电流响应，对高分析物浓度具有更高的容忍度，适合用于治疗监测和疾病进展评估。相比之下，基于阻抗的技术通过跟踪界面电阻和电容的变化实现无标记检测，在低β-hCG浓度下提供高灵敏度，但在高抗原水平下通常表现出非线性响应。Xu等人（2023年）和Deniz等人（2025年）报告称，根据特定基质和临床环境（如血清或尿液）定制转导模式可以显著提高分析可靠性和操作范围。选择生物受体对于确定生物传感器在一系列分析物浓度下的特异性和耐用性至关重要。基于抗体的识别层是最成熟的平台，因为它们具有高亲和力和临床验证。然而，抗体分子相对较大的尺寸可能导致空间阻碍、受体快速饱和以及在高抗原浓度下的信号平台化。Contreras Jiménez等人（2015年）和Laschi（2023年）在电化学免疫传感器研究中展示了这些限制，他们将受限的线性动态范围与界面密度和有限的电荷转移能力联系起来。基于适配体的生物传感器因其较小的尺寸、构象灵活性和易于化学修饰而成为一种机制上有优势的替代方案，这些特性有助于在电极表面上实现更均匀的空间分布，并提高对结合位点的可访问性。根据D?browski等人（2019年）的研究，适配体还表现出比抗体更高的化学稳定性，从而在多样的分析条件下支持可重复的信号转导，并在高β-hCG浓度下减少空间效应。分子印迹聚合物（MIPs）通过结合具有分布结合腔的合成识别元素扩展了设计空间。与离散的生物受体结合相比，基于MIP的系统部分解耦了信号生成与受体占据的关系，从而减少了对高剂量钩效应的敏感性，并在抗原过量条件下实现可靠的定量。Laschi等人（2023年）强调，这种受体架构为实现更宽的线性动态范围提供了有前景的方法。仔细调节结合动力学和生物受体密度对于抑制信号饱和至关重要。在微柱阵列结构等结构化的电极表面上，生物受体的空间排列进一步减少了空间效应并增强了有效的结合事件。总体而言，优化转导模式和生物受体架构建立了一个基于机制的框架，以解决电化学生物传感器中信号饱和的根本原因。这种方法还为开发先进的信号放大策略提供了关键基础。信号放大是一种克服生物传感器系统中固有的一些分析挑战的方法，例如受体饱和、非线性信号行为和高剂量钩效应，这些挑战会降低测量准确性和可靠性。在电化学生物传感器中，放大特别有效，因为它将信号生成从直接的分析物-电极相互作用中分离出来，允许更宽的线性动态范围。对于GTD中的hCG/β-hCG分析尤其重要，因为临床相关的抗原浓度通常很高，需要精确量化。在这些条件下，分析物水平经常超出传统免疫测定和许多先前报道的电化学生物传感器的线性响应窗口。酶促信号放大是一种成熟的方法，它利用内切酶和碱性磷酸酶（ALP）等酶介导的催化反应从单一生物识别事件生成多个信号分子。这种催化周转增强了检测灵敏度，并通过将信号生成移到结合事件下游并将其限制在表面上，减少了受体饱和和非线性响应。最近的研究表明，在具有挑战性的分析条件下，酶促放大显著提高了生物传感器的性能，尤其是在复杂背景中量化低丰度目标时。除了酶促方法外，基于纳米颗粒的信号放大还利用了纳米材料（包括金纳米颗粒和量子点）的独特电子和电化学性质。这些纳米结构增加了氧化还原活性或酶标记物的负载能力，从而增强了检测信号，并在更宽的分析物浓度范围内实现了更线性的响应。将信号生成分布到多个放大中心，而不是仅仅依赖受体占据，使得基于纳米颗粒的策略减少了对高剂量钩效应的敏感性。先进的结构采用了多阶段和混合放大策略来进一步提高灵敏度和动态范围。分阶段方法，例如元表面等离子体共振方案（MSA-metasPR），通过整合连续的放大步骤来最大化信号输出，从而减少受体饱和并在高分析物浓度下最小化非线性行为。混合系统结合了酶促转导机制、基于纳米颗粒的方法和无标记技术，利用各自的优势在广泛的浓度范围内保持信号比例，并有效减轻钩效应。将酶促反应与电化学-化学或电化学-化学-化学氧化还原循环相结合成为电化学生物传感器中一种非常有效的策略。这种方法通过简单地向溶液中添加一两种额外的化学试剂来增强检测灵敏度，而无需额外的酶或电极修改。该方法的主要优势在于其简单性，因为它在不需要复杂系统修改的情况下提高了检测灵敏度。图6展示了酶辅助电化学信号放大的示意图，该方法利用耦合的酶促反应和氧化还原标记的DNA架构。这种放大级联独立于表面限制的生物受体结合生成信号，从而减少了信号饱和并在高分析物浓度下扩展了线性动态范围。在酶促氧化还原循环系统中，目标分析物的存在触发了一系列产生或消耗氧化还原活性物种的酶促反应，这些反应可以通过电化学过程检测到。这些机制在基于核酸的生物传感平台中得到了广泛验证。例如，利用RNase HII和终端脱氧核苷酰转移酶（TdT）的双酶辅助放大系统通过实现目标循环利用和酶促信号放大实现了超高灵敏度。在三螺旋分子开关（THMS）中，由信号转导探针（STP）和识别探针组成，作为分子识别和信号转导单元。在识别目标ctDNA后，RNase HII促进THMS的解体，释放多个STP进行目标循环利用放大（A）。其次，释放的STP结合到电极表面的捕获探针上，触发TdT介导的DNA聚合，生成长的单链DNA（ssDNA）“茎”，因为TdT催化在3′-OH末端添加dNTPs。第三，一个特别设计的辅助探针（AP）启动第二次TdT介导的延伸，形成装饰有氧化还原活性亚甲蓝（MB）的分支DNA结构。生成的电化学信号与标记有MB的DNA量成正比，确保了通过酶促放大和电化学读出实现高灵敏度和有效的目标检测。将酶促放大方案从核酸检测适应到蛋白质生物标志物（如β-hCG）存在不同的机制挑战。与核酸不同，蛋白质缺乏内在的序列互补性，因此需要通过抗体、适配体或亲和标签基识别界面进行间接信号传递。这一额外的识别层可能会引入空间阻碍，降低放大效率，并增加对非特异性背景信号的敏感性，特别是在高抗原浓度下。尽管存在这些挑战，具有概念相似性的酶辅助放大策略已在蛋白质生物传感中成功实施。蛋白质生物传感器中主要的信号放大方法涉及基于酶或纳米酶的催化放大，其中抗体识别目标蛋白，酶或纳米酶标签从单一结合事件产生多个信号产物。这种方法广泛应用于免疫测定和当代生物传感器平台。例如，MOF-Au纳米酶与抗体和DNA适配体结合，通过自由基生成和电化学染色催化，实现了飞克级每毫升水平的tau和BACE1蛋白的检测。使用噬菌体和抗噬菌体系统富集辣根过氧化物酶（HRP）标签实现了SARS-CoV-2刺突蛋白的显著双重信号放大。同样，在基于阻抗的电化学系统中，Cu-MOF过氧化物酶纳米酶和葡萄糖氧化酶（GOx）酶的组合引发了自由基聚合，显著提高了CA15-3生物标志物的检测灵敏度。除了催化方案外，基于发光的平台（包括电化学发光（ECL）和时间分辨荧光（TRF）提供了用于蛋白质分析的另一种高效放大策略。基于铕的金属-有机框架（Eu-MOFs）具有内在的发光特性，已被用作ECL探针与抗体探针结合，以实现超灵敏的抗原检测。在时间分辨荧光免疫测定（TRFIA）的背景下，结合酪胺信号放大（TSA）与纳米颗粒载体释放多种铕离子的两阶段放大策略实现了抗穆勒氏激素（AMH）的高灵敏度检测。一种日益突出的策略是将蛋白质识别事件与核酸放大过程相结合。在这些系统中，抗体或适配体结合抗原会触发下游的DNA或RNA扩增反应，包括T7转录、杂交链反应（HCR）或链置换扩增（SDA），从而使可测量的信号源自扩增的核酸，而不仅仅直接来自蛋白质靶标。代表性的例子包括能够激活T7转录以生成大量荧光RNA用于血清中多重蛋白检测的蛋白质响应适配体，以及用于检测抗地高辛抗体的“开启型”RNA适配体系统。在基于试纸的诊断中，也实现了通用扩增概念，例如“一体式”侧向流动免疫测定（LFIA），它利用生物素-链霉亲和素相互作用结合原位金属生长来实现梅毒螺旋体抗体的三倍信号扩增。从机制角度来看，酶促扩增和氧化还原循环特别有利于β-hCG的检测，因为它们将信号生成与表面结合的受体事件分开。通过扩增下游的电化学过程而不是仅仅依赖于受体占位，这些方法有效地扩展了线性动态范围，并在高分析物浓度下抑制了信号饱和。如图6所示，酶促扩增与氧化还原循环相结合将信号生成重新分配到溶液相中，从而缓解了表面饱和效应，同时在抗原过量的条件下保持比例信号演变。总体而言，信号扩增为提高电化学生物传感器的灵敏度、线性和鲁棒性提供了强大的和可适应的框架。尽管本节讨论的一些方法主要针对核酸检测进行了验证，但其背后的机制原理直接适用于β-hCG的检测。继续努力将这些策略转化为优化蛋白质生物标志物的检测方法，预计将在克服电化学生物传感器在GTD检测和治疗监测中的信号饱和和动态范围限制方面发挥关键作用。电化学生物传感器用于β-hCG检测具有巨大潜力，因为对快速、准确和用户友好的诊断方法的需求不断增加。这项技术不断发展，特别是在提高其灵敏度和特异性方面。除了妊娠检测之外，基于β-hCG的生物传感器在诊断特定疾病（如GTD）中也发挥着重要作用。电化学生物传感器的最新技术进步集中在提高β-hCG检测的灵敏度和特异性上，这对于提高诊断准确性至关重要。该领域的一项重大进展是引入了纳米材料，如金纳米颗粒和碳基材料。这些纳米材料在放大电化学信号方面起着关键作用，从而提高了生物传感器的检测能力。此外，它们还增强了负责捕获和识别目标β-hCG分子的生物受体的固定。最近在生物受体固定技术方面的改进显著提高了稳定性和精确度，这大大提升了生物传感器的性能，特别是在低目标浓度检测方面。推动电化学传感器发展的另一项创新是微流控技术，它能够在小体积内实现高效样品分析，同时显著缩短检测时间。将微流控技术整合到电化学生物传感器中，通过开发微型化和自动化的测试平台彻底改变了诊断领域。微流控系统允许精确操控和控制流体运动，这对于准确处理样品和β-hCG检测尤为重要，特别是在临床环境中。这种精确性在需要少量样品且保持准确性至关重要的临床应用中尤为重要。微流控设备能够同时进行多项诊断测试，简化了诊断过程并提供了快速结果，这在需要同时分析多种生物标志物的情况下特别有利，例如在生殖健康或癌症诊断中。例如，已经开发了专门的基于纸的微流控平台用于β-hCG的颜色免疫传感，为资源匮乏或偏远地区提供了一种简单有效的解决方案。这些平台不仅降低了诊断成本，还提高了可访问性，使医疗保健提供者能够在传统诊断设备不可用的地区提供必要的检测服务。此外，POC（即时检测）设备的集成使得这些生物传感器可以直接在医疗设施中使用，加快了诊断过程并促进了更快的医疗决策。POC设备的发展（通常结合了微流控技术）通过实现床旁检测进一步革新了临床诊断。这些便携式、用户友好的设备大大减少了做出关键诊断和治疗决策所需的时间。在紧急情况下，即时和准确的信息对患者护理至关重要，POC生物传感器可以立即提供结果，从而加快临床决策速度并改善患者预后。电化学生物传感器的另一个重要进展是它们具有多重检测的潜力。多重检测是指生物传感器能够同时检测多种生物标志物的能力，这可以在单次测试中获得更全面的诊断信息。这一能力在医学诊断中特别有价值，因为许多情况需要评估多个生物标志物才能做出准确诊断。例如，在异位妊娠的情况下，仅测量β-hCG可能不足以做出明确诊断。然而，通过同时检测其他相关生物标志物，临床医生可以更全面地了解患者的状况，从而提高诊断准确性。因此，电化学生物传感器的多重检测能力增强了其在复杂诊断场景中的实用性。在需要随时间监测多种生物标志物变化的情况下，多重生物传感器尤其有用。例如，在心血管疾病的诊断和管理中，肌钙蛋白、B型利钠肽（BNP）和C反应蛋白（CRP）等生物标志物的水平可能会显著波动。这种变异性使得同时跟踪这些标志物对于全面了解患者的健康状况至关重要。同样，在异位妊娠的诊断和管理中，β-hCG、孕酮和其他激素水平等多种生物标志物也会波动，需要同时监测以获得完整的临床图像。使用多重检测技术，医疗保健提供者可以更全面地了解患者的状况，从而实现更早和更准确的干预。此外，在单次测试中评估多种生物标志物减少了多次抽血的需要，减轻了患者的痛苦，节省了时间，并降低了诊断过程的总体成本。随着电化学生物传感器的进步，现在可以连续监测β-hCG水平，实现妊娠期间或特定癌症背景下激素变化的实时跟踪。这种能力允许在不需要重复侵入性检测的情况下持续观察β-hCG水平，显著提高了患者的舒适度和护理质量。连续监测可以提供关于妊娠进展或癌症发展的关键信息，使临床医生能够在发现异常变化时及时干预。这种实时数据可以制定个性化的治疗策略，根据患者的独特激素谱和生物标志物动态调整治疗方案。未来，电化学β-hCG传感器预计将在电极材料、更有效的生物受体固定方法以及与人工智能（AI）的集成方面取得进一步进展，以实现更准确的数据分析。这些创新将使这项技术成为一种更加先进、高效和广泛可用的诊断解决方案。

结论
准确量化β-hCG对于GTD和GTN的诊断、治疗监测和复发监测仍然至关重要。虽然传统的免疫测定法（如ELISA和化学发光测定法）仍是临床标准，但它们依赖于中央实验室和耗时的工作流程，限制了其在快速临床决策中的使用。电化学生物传感器因其快速响应、高灵敏度和可微型化为即时检测平台而成为有前景的替代方案。最近在电极材料、换能器工程和信号放大策略方面的进步显著提高了分析性能。然而，仍需解决与动态范围、高hCG浓度下的信号饱和以及长期稳定性相关的问题。未来的工作应侧重于临床导向的传感器设计、与便携式诊断系统的集成以及在真实临床环境中的验证，以实现可靠的实时监测，并最终支持更易于访问和个性化的GTD和GTN管理。

作者贡献
本手稿由所有作者共同撰写。概念构思、初稿撰写及审阅编辑工作由Y. N.和H. I. F.完成；修订编辑工作由W. W.和A. K.完成；监督工作由G. N. A. W.、Y. M. H.、K. I. M.、Y. W. H.、T. S.和M. Y.完成；资金支持由M. Y.提供。所有作者都已阅读并批准了发表的手稿版本。所有作者均同意最终版本的手稿。

利益冲突
无需要声明的利益冲突。

数据可用性
本综述未包含任何原始研究结果、软件或代码，也未生成或分析新的数据。