组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
癌胚抗原（carcinoembryonic antigen, CEA）；样品基质：癌症患者尿液（文中亦提及可用于血清/体液）
检测原理
该传感器以氟化石墨铅笔碳电极为识别与换能界面。石墨铅笔碳表面经氟硼酸处理形成含氟碳结构（-CF-），对癌胚抗原（CEA）具有选择性吸附和相互作用。在 pH 5.0 的 0.1 mol/L 磷酸盐溶液中，CEA 先在 -1.3 V 下富集 150 s，使目标分子在电极表面预浓缩。随后进行方波剥离伏安扫描，CEA 在界面发生氧化/还原电荷转移，产生阳极或阴极剥离峰。峰电流随 CEA 浓度升高而增大，并在 0.05–0.45 mg/L 范围内近似线性。信号放大主要依靠预富集和氟化表面促进电子转移，无需抗体、酶或外源标记。
检测灵敏度
LOD: 0.08 lg/l CEA；线性范围: 0.05–0.45 mg/l（FPE SW，8点）；斜率 = 26.33；R^2 = 0.9848；FPE 阳极 SW: 0.2–1.6 mg/l，斜率 = 36.31，R^2 = 0.9947；PE SW cathodic: 0.2–1.4 mg/l，斜率 = 32.86，R^2 = 0.9648
效应效果
FPE 电极比未修饰 PE 更灵敏，阳极方波剥离中 FPE 斜率为 36.31，PE 为 19.21；最优条件下 FPE 工作曲线斜率为 26.33，R^2=0.9848。10 mg/L CEA 的 15 次测量 RSD 为 0.074%，重现性较好。对癌症患者尿液采用标准加入法检测，结果为 0.66 mg/L ± 0.005 mg/L，五次重复范围 0.56–0.78 mg/L，表明可用于实际尿液样品。方法无需复杂仪器，富集时间短，电路简单、成本低，适合肿瘤标志物的快速筛查。
传感器的构成
- 工作电极基底：石墨铅笔碳电极（PE，Hipolymer HB/H/3H 铅笔芯），作为导电换能基底。
- 氟化修饰层：50% 氟硼酸（BF4H）溶液浸涂并干燥三次，在碳表面形成含氟碳结构（-CF- / -[Cx-(H-F)n]n）。
- 识别元件：氟化碳表面（-CF-）选择性吸附/相互作用 CEA，无抗体或适配体。
- 信号标记物：无外源标记，CEA 本身在电极界面发生氧化/还原电荷转移并产生伏安峰。
- 参比电极：Ag/AgCl/KCl，提供稳定电位参考。
- 辅助电极：0.2×5 mm 铂丝，构成三电极体系。
- 电解液：0.1 mol/L 磷酸铵/磷酸盐缓冲液（pH 5.0，文中亦用 0.1 mol/L H3PO4 pH 4.0），提供离子传导与富集环境。
- 读出装置：Bioelectronics-2 手持伏安仪，进行循环伏安与方波剥离伏安检测。
中文摘要
本研究采用石墨铅笔电极（PE）和氟化石墨铅笔碳电极（FPE）检测肿瘤标志物癌胚抗原（CEA），并优化方波剥离伏安法和循环伏安法的诊断条件。伏安图显示三种检测范围：PE 循环伏安法 0.4–1.6 lg/l（7点）、PE 方波阴极剥离 0.2–1.2 lg/l（6点），以及更灵敏的 FPE 方波法 0.05–0.45 lg/l。上述结果在 pH 5.0 的 0.1 mol/L 磷酸铵电解质溶液中、120 s 富集时间内获得。在最优方波条件下，检出限（S/N）接近 0.08 lg/l CEA，10 mg/l CEA 的相对标准偏差在 15 次测量中为 0.074%。该方法可应用于癌症患者尿液的肿瘤检测。
英文摘要
The tumor marker carcinoembryonic antigen (CEA) was investigated using a graphite pencil electrode (PE) and fluorine immobilized onto a graphite pencil carbon electrode (FPE). The optimum diagnostic conditions for square wave (SW) stripping voltammetry and cyclic voltammetry were searched. The voltammograms indicated three other detection ranges of 0.4-1.6 μg/l cyclic voltammetry (PE) seven points, 0.2-1.2 μg/l SW (PE) cathodic six points, and better sensitive ranges of 0.05-0.45 μg/l SW (FPE). These were obtained within a diagnostic accumulation time of 120 s in 0.1 mol/l ammonium phosphate electrolyte solution of pH 5.0. Under optimum SW conditions, the detection limit (S/N) approached 0.08 μg/l CEA, and the relative standard deviation at 10 mg/l CEA was 0.074% in 15 measurements. The proposed method can be applied in tumor assay using cancer patient urine.