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：人尿液（1/20稀释加标）及Tris-HCl缓冲液标准品
检测原理
该传感器以CNP-PEI/SPGE为电化学界面，表面通过戊二醛共价固定抗CEA抗体（rCEA）。样品中的CEA与固定抗体特异性结合后，再加入rCEA-CdS QD，形成“固定抗体—CEA—标记抗体”三明治免疫复合物。CdS QD作为生物示踪剂，其结合量与CEA浓度成正比。随后加入HNO3溶解结合态CdS QD，释放Cd2+；在含Hg2+的醋酸缓冲液中，Cd2+经预处理和电沉积形成汞齐，再用SWASV阳极溶出，产生与Cd2+量成正比的峰电流。CNP-PEI膜提高电极电子转移和表面积，CdS QD提供信号放大，从而实现低浓度CEA的电化学检测。
检测灵敏度
LOD: 32 pg/mL（相当于5 µL样品中160 fg）；线性范围: 0.032–10 ng/mL
效应效果
该传感器对CEA检测重现性良好，不同浓度重复分析平均CV不超过10%；同一人尿样1 h内连续5次测定峰电流CV为17%。人尿加标回收率为108.8%（1/20稀释尿，加入1.000 ng/mL，测得1.088 ng/mL）。与文献方法相比，LOD 0.032 ng/mL、线性范围0.032–10 ng/mL，优于压电免疫传感器（1500 ng/mL）、阻抗免疫传感器（28.0 ng/mL）、金纳米颗粒/壳聚糖电化学免疫传感器（1.0 ng/mL）和酚硼酸自组装层（1.1 ng/mL），与硫堇掺杂磁性金纳米球体系（0.005 ng/mL）相当。作者认为一次性SPGE平台可用于尿CEA检测，有助于尿路上皮癌早期筛查及POCT/家庭自诊。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：丝网印刷石墨电极（SPGE），含石墨工作电极、碳对电极和Ag/AgCl参比电极，提供电化学检测界面。
- 纳米材料修饰层：碳纳米颗粒（CNP）与聚乙烯亚胺（PEI）复合膜，涂覆于SPGE工作电极，增强电子转移、增大比表面积并固定抗体。
- 交联/识别固定层：戊二醛（glutaraldehyde）作为双功能交联剂，将抗CEA抗体（rCEA）共价固定于CNP-PEI/SPGE表面。
- 识别元件：多克隆抗CEA抗体（rCEA），特异性捕获样品中的CEA。
- 信号标记物：巯基十一烷酸（MUA）封端的硫化镉量子点（CdS QDs），经EDC/sulfo-NHS偶联抗CEA抗体形成rCEA-CdS QD生物示踪剂，与CEA形成三明治免疫复合物。
- 信号释放/沉积介质：0.1 M HNO3溶解结合态CdS QD释放Cd2+；0.1 M醋酸缓冲液（pH 4.6）含65 ppm Hg(NO3)2，促进Cd2+汞齐化/沉积与剥离。
- 读出方式：方波阳极溶出伏安法（SWASV），通过Cd2+溶出峰电流定量CEA。
中文摘要
本研究开发了一种高灵敏度电化学免疫分析系统，用于检测蛋白肿瘤标志物癌胚抗原（CEA）。该系统以碳纳米颗粒（CNP）/聚乙烯亚胺（PEI）修饰的丝网印刷石墨电极（CNP-PEI/SPGE）为基底，并在其表面固定抗CEA抗体（rCEA）。检测采用三明治免疫复合物策略：先由CNP-PEI/SPGE上的rCEA捕获样品中的CEA，再加入经rCEA敏化的硫化镉纳米晶量子点（rCEA-CdS QD）作为生物示踪剂。随后用方波阳极溶出伏安法（SWASV）检测溶解后的rCEA-CdS QD所产生的电流响应。CNP增强电子转移，CdS纳米晶提供信号放大，从而提高CEA的灵敏度和检出限。校准曲线在0.032–10 ng/mL范围内线性，检出限为32 pg/mL（相当于5 µL样品中160 fg）。该方法精密度和灵敏度良好，可用于尿CEA检测，而尿CEA是比血清CEA更适合早期检测尿路上皮癌的指标。
英文摘要
We have developed a sensitive electrochemical immunoassay system for the detection of a protein tumor marker, carcinoembryonic antigen (CEA), that is based on a carbon nanoparticle (CNP)/poly(ethylene imine) (PEI)-modified screen-printed graphite electrode (CNP-PEI/SPGE) covered with anti-CEA antibodies. The signal amplification strategy--using CdS nanocrystals as biotracers and CNPs to enhance electron transfer--improves the sensitivity and detection limit for CEA, suggesting that this system holds promise for development into a point-of-care or disposable home-care self-diagnostic tool. This biosensor is based on a sandwich complex immunoassay, which we assembled from sequential layers of the anti-CEA antibody (alphaCEA) on CNP-PEI/SPGE, the CEA sample, and the CdS nanocrystal quantum dots (QDs) sensitized with alphaCEA (alphaCEA-CdS QD). We used square wave anodic stripping voltammetry (SWASV) to amplify the signal current response obtained from the dissolved alphaCEA-CdS QDs. The calibration curve for CEA concentration was linear in the range of 0.032-10 ng/mL; the detection limit (estimated as the mean of the blank sample plus three times the standard deviation obtained on the blank sample) was 32 pg/mL (equivalent to 160 fg in a 5 microL sample). This method is suitably precise and sensitive to function as a means of determining urinary CEA, which is a better marker than serum CEA for the early detection of urothelial carcinoma.