组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
人血管内皮生长因子（VEGF, vascular endothelial growth factor）；样品基质：磷酸盐缓冲液标准溶液、人工人血清加标样品
检测原理
该传感器以金电极为换能器，3-MPA 自组装单分子层经 EDC/NHS 活化后共价固定 VEGF-R1。当人 VEGF 与 VEGF-R1 高亲和结合时，电极表面形成额外的受体-配体复合物界面层，增加界面厚度并阻碍 [Fe(CN)6]3-/4- 氧化还原探针向金表面的电子转移。EIS 在 0 V 直流偏压、10 mV 交流扰动下测量 Nyquist 图，高频半圆直径对应电荷转移电阻 Rct；以结合 VEGF 前后 ΔRct 作为响应值。VEGF 浓度越高，界面阻隔越强，ΔRct 越大，在 10–70 pg/mL 内线性增加。CV 用于验证各修饰层的阻隔行为，Kramers–Kronig 变换用于确认阻抗数据的线性、稳定与因果性。该体系无酶催化或核酸信号放大，依赖受体-配体结合引起的阻抗变化。
检测灵敏度
线性范围: 10–70 pg/mL（摘要/结论；表1重现性实验报告 0–70 pg/mL）；灵敏度斜率: 139.48 Ω/(pg/mL)（图5）；R² = 0.995；重现性斜率: 131.6–139.6 Ω/(pg/mL)，R² = 0.989–0.993（表1）
效应效果
该传感器对血红蛋白、IgM、IgA、IgG、c-ERB、白蛋白、胰岛素、葡萄糖及 Asp、Glu、Lys、His 等干扰物无显著干扰，Rct 无明显变化。4℃干燥保存 20 天后，40 pg/mL VEGF 响应无显著变化。20 pg/mL VEGF 连续测量 10 次，平均 20.12±0.39 pg/mL，RSD 1.94%。6 个独立传感器重现性良好，表1线性范围 0–70 pg/mL，R² 0.989–0.993。人工人血清加标 20、40、60 pg/mL 回收率分别为 105.5%、101.5%、96%，平均 101%，平均相对偏差 <5%。作者认为其可作为临床 VEGF 检测其他方法的良好替代，用于乳腺癌相关 VEGF 早期诊断。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：金工作电极（Au working electrode，面积 2.01 mm²），配合 Ag/AgCl 参比电极和 Pt 对电极，用于电子转导与 EIS 测量
- 自组装单分子层：3-巯基丙酸（3-mercaptopropionic acid, 3-MPA）在金表面形成 SAM，提供末端羧基并阻隔氧化还原探针
- 交联/活化层：EDC/NHS（1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide / N-hydroxysuccinimide）活化 3-MPA 末端羧基形成活性酯，实现蛋白共价偶联
- 识别元件：重组人 VEGF-R1（Flt-1/Fc chimera）固定于电极表面，特异性结合 VEGF
- 被测物/识别事件：人 VEGF（vascular endothelial growth factor）与 VEGF-R1 结合，形成额外界面层并增加电荷转移电阻
- 氧化还原探针：[Fe(CN)6]3-/4-（K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]，1:1，5 mM，0.1 M KCl）用于 CV/EIS 监测界面电子转移
- 信号读出：Gamry Potentiostate/Galvanostate Reference 600 电化学工作站，通过 EIS/CV 获取 Nyquist 图与 ΔRct
中文摘要
本研究开发了一种基于血管内皮生长因子受体-1（VEGF-R1，Flt-1）的新型阻抗生物传感器，用于检测乳腺癌相关生物标志物血管内皮生长因子（VEGF）。重组人 VEGF-R1 通过 3-巯基丙酸（3-MPA）在金电极表面形成的自组装单分子层，经 EDC/NHS 活化后共价固定。循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）用于表征各修饰步骤并检测 VEGF。作者优化了直流电位、EDC/NHS 浓度及孵育时间等参数，并对阻抗数据进行了 Kramers–Kronig 变换以验证线性、稳定性和因果性。结果表明，该传感器对人 VEGF 在 10–70 pg/mL 范围内呈线性响应。在加标人工人血清样品中，平均回收率为 101%，平均相对偏差小于 5%。该无标记阻抗方法有望用于 VEGF 的临床快速检测。
英文摘要
A new impedimetric biosensor, based on the use of vascular endothelial growth factor receptor-1 (VEGF-R1), was developed for the determination of vascular endothelial growth factor (VEGF). VEGF-R1 was immobilized through covalent coupling with 3-mercaptopropionic acid which formed a self-assembled monolayer on gold electrodes. Cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy techniques were employed to characterize the immobilization process and to detect VEGF. To successfully construct the biosensor current, experimental parameters were optimized. Kramers-Kronig Transform was performed on the experimental impedance data. The obtained results provided a linear response range from 10 to 70 pg/mL human VEGF. The applicability of the developed biosensor in the determination of VEGF in a spiked artificial human serum sample was experienced, yielding average recovery of 101%, in that order, with an average relative deviation value less than 5%.