可靠、简便地检测血清中的生物标志物和食品样品中的有害物质对于保证公众健康至关重要。针对当前公众健康的担忧，迫切需要开发高灵敏度的检测方法和可靠的信号读出装置。

传统的检测方法，如免疫检测和分子生物学方法在很大程度上满足了需求。然而，它们仍有一定的局限性。例如，酶联免疫吸附试验(ELISA)是免疫分析的金标准，具有高特异性的优点。但仍需多步清洗步骤，繁琐，难以满足现场快速检测。

聚合酶链式反应(PCR)具有较高的敏感性，但容易受到气溶胶污染造成假阳性的风险。这些方法需要专用且昂贵的信号读出设备。胶体金试纸条无需专用信号读出设备即可快速检测样品。但由于灵敏度较差，只能用于定性检测。

因此，探索简便、灵敏的快速检测方法具有重要意义。

近年来，生物传感器主要有荧光生物传感器、化学发光生物传感器等生物传感器、磁弛豫生物传感器已广泛应用于体外诊断和食品安全快速检测利用其优势，实现早期诊断和针对性预防快速、简单、成本低。

其中，电化学生物传感器作为灵敏、快速的即时诊断工具显示出巨大的潜力。例如，Coulter计数器可以通过测量微球通过微孔时产生的电阻脉冲来检测溶液中颗粒的大小。

然而，该设备是基于电阻计数原理开发的，需要额外的信号模块来处理采集到的电压脉冲信号。

此外，当单个微球通过微孔时产生的脉冲信号容易受到微孔周围其他颗粒的干扰。结果，所有这些因素使Coulter计数器设备笨重，抗干扰能力差。因此，开发便携式、易于使用、独立于专业的医疗诊断设备至关重要。

针对上述难题，华中农业大学食品科学与技术学院陈翊平教授以Coulter计数法为基础，研制了一种微通道电流生物传感器。选用熔融二氧化硅毛细管作为微通道。含有聚苯乙烯微球溶液的样品在构成闭合电路的蠕动泵下流过熔融二氧化硅毛细管。

由于聚苯乙烯微球是一种绝缘材料，当它们通过毛细管时存在显著的阻塞效应，导致电路电阻增加。最终，电阻信号的这种变化反映在电压值的增加上。磁性纳米颗粒(MNP)用于分离和作为反应载体（图1a）。辣根过氧化物酶（HRP）通过免疫反应引入MNPs表面，HRP的量与靶物浓度有关。

磁珠配合物表面的HRP进一步催化多巴胺（DA）形成聚多巴胺（PDA），最终形成磁性纳米颗粒和PDA的核壳结构(MNP@PDA)。

反应时间较短(1/300)，可加速氧化聚合过程。MNP@PDA表面丰富的邻苯二酚能有效吸附到氨基功能化聚苯乙烯微球(NH2-PS)上的氨基上(图1b)。基于上述原理，成功研制了一种盒式电压敏感微泵免疫传感器(CVMS)，用于磁分离后未结合NH₂-PS的测量。

据了解，这是第一个通过微通道电阻的变化和酶标催化形成PDA作为信号转换和放大系统，将真实样品中目标的生物特征识别直接转化为可检测的电压信号的报告。

图1. 多多巴胺介导的CVMS-PDA的图示。(a) CVMS的结构、要素和信号转导。(b)在不同靶标存在后，MNP@PDA酶自组装并固定在PS微球表面。

图2. CVMS的物理映像。(a) CVMS结构及元件实物照片。(b)含(左)和不含(右)PS微球的毛细管显微图像。(c)数学模型为二维等高线和三维曲面图。

图3. 纳米颗粒高效吸附的表征。MNP- Ab1的扫描电镜(a)、能谱(b)、元素分析(c)和映射(d);(e) MNP、MNP- ab1和MNP@PDA的傅里叶红外光谱;(f)热图磁酶免疫法，以TMB显色为信号读出;(g) MNP@PDA的TEM图像;(h) MNP、MNP- ab1、MNP- hrp和MNP@PDA的DLS和Zeta电位;(j) MNP@PDA引起的MNP-PS的SEM形貌。

图4. CVMS-PDA免疫传感器用于PCT检测。(a) PDA用于PCT检测的吸附性能示意图;CVMS-PDA和ELISA检测PCT的标准曲线(b)和线性范围(c);用CVMS-PDA对PCT进行特异性检验(d)和实样检验(e);(f) CVMS-PDA与ELISA对真实样品结果的一致性比较。

图5. 用于OTA检测的CVMS-PDA免疫传感器。(a) PDA用于OTA检测的吸附性能示意图;OTA检测的标准曲线(b)、线性范围(c)、特异性试验(d)和真实样品试验(e)。(f) CVMS-PDA与ELISA对真实样品结果的一致性比较。

综上所述，本研究开发了一种基于微通道电路生物传感原理的便携式CVMS生物传感器，该传感器结构简单，使用方便，具有即时检测的潜力。该装置可在90 min内检测到痕量目标。

此外，通过自组装聚多巴胺涂层介导的微球高效吸附作为信号放大策略，对电压信号进行放大。进一步研究将重点开发自动化传感器，探索无线传输、移动和自动反应设备的集成，并在云端同步结果，实现现场检测。

文献链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566323000295