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一種將 MXene 二維納米材料與維生素 D 選擇性抗體結(jié)合的高靈敏度電化學(xué)傳感器，可實(shí)現(xiàn)血液中維生素 D 的低成本、快速和分散式檢測(cè)。圖片來源：KAUST（2025）

阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種電化學(xué)傳感器，旨在解決中東和北非（MENA）地區(qū)尤為突出的全球性健康問題。該傳感器可檢測(cè)血液樣本中維生素 D 水平不足，為這種若未及時(shí)治療可能導(dǎo)致嚴(yán)重健康后果的必需維生素缺乏癥提供早期預(yù)警。相關(guān)研究成果發(fā)表于《通訊・材料》（Communications Materials）期刊。

“維生素 D 缺乏可引發(fā)廣泛的健康并發(fā)癥，包括心血管疾病、自身免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病和骨骼畸形，” 項(xiàng)目共同負(fù)責(zé)人胡薩姆・阿爾沙里夫（Husam Alshareef）和達(dá)娜・阿爾蘇萊曼（Dana Alsulaiman）實(shí)驗(yàn)室的博士后沙拉特・錢德拉・巴爾曼（Sharat Chandra Barman）指出，“早期診斷維生素 D 缺乏至關(guān)重要�！�

人體皮膚在陽(yáng)光照射下可合成維生素 D，但在炎熱地區(qū)，人們通常會(huì)盡量減少日照。阿爾蘇萊曼表示：“盡管沙特阿拉伯和中東北非地區(qū)陽(yáng)光充足，但維生素 D 缺乏的患病率高得驚人，使其成為一個(gè)關(guān)鍵卻常被忽視的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)。” 據(jù)統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)約 80% 的人口存在維生素 D 缺乏問題，沙特阿拉伯 16% 的人屬于嚴(yán)重缺乏。

檢測(cè)難題與技術(shù)突破

在血液樣本中對(duì)這種必需維生素進(jìn)行臨床相關(guān)濃度的檢測(cè)極具挑戰(zhàn)性。阿爾蘇萊曼解釋道：“維生素 D 分子體積小、血液中循環(huán)濃度低，且與其他生物分子結(jié)構(gòu)相似，這些都帶來了技術(shù)難題。” 因此，維生素 D 檢測(cè)通常需要依賴大型城市中心才具備的專業(yè)設(shè)備。

為了開發(fā)出即便在偏遠(yuǎn)醫(yī)療中心也能使用的簡(jiǎn)單精準(zhǔn)維生素 D 檢測(cè)設(shè)備，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型電化學(xué)傳感器，將 MXene 二維納米材料與維生素 D 選擇性抗體相結(jié)合。巴爾曼介紹：“MXene 具備多種適合生物傳感器應(yīng)用的特性：生物相容性好、導(dǎo)電性優(yōu)異，且表面覆蓋可調(diào)節(jié)的化學(xué)基團(tuán)，便于進(jìn)一步集成器件功能�！�

研究團(tuán)隊(duì)利用這些化學(xué)基團(tuán)將維生素 D 結(jié)合抗體固定在 MXene 表面�！癕Xene 與抗體的結(jié)合形成了一種用于即時(shí)檢測(cè)維生素 D 的高靈敏度、高選擇性材料，” 巴爾曼表示。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)傳感器表面的抗體與維生素 D 結(jié)合時(shí)，通過生物傳感器的電流會(huì)發(fā)生可測(cè)量的下降，且電信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)度與樣本中維生素 D 濃度成正比。

關(guān)鍵性能與應(yīng)用前景

該傳感器的維生素 D 檢測(cè)限低至每毫升樣本 1 皮克（1 pg/mL），動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍為 0.1–500 納克 / 毫升（ng/mL）。巴爾曼指出：“這一范圍有效覆蓋了從維生素 D 缺乏、不足、充足到中毒的臨床相關(guān)濃度區(qū)間。” 此外，傳感器還表現(xiàn)出高選擇性，葡萄糖、維生素 C 和維生素 B12 等非目標(biāo)生物分子對(duì)其干擾極小。

阿爾蘇萊曼總結(jié)道：“我們將 MXene 與抗體的協(xié)同結(jié)合，成功開發(fā)出低成本、快速、分散式的維生素 D 缺乏生物傳感平臺(tái) —— 這與沙特極富遠(yuǎn)見的‘衛(wèi)生部門轉(zhuǎn)型計(jì)劃’目標(biāo)一致，推動(dòng)了可及性醫(yī)療解決方案的發(fā)展�！�

更多信息

相關(guān)研究成果發(fā)表于《通訊材料》，標(biāo)題為《抗體功能化 MXene 基電化學(xué)生物傳感器用于維生素 D 缺乏癥的即時(shí)檢測(cè)》（Antibody-functionalized MXene-based electrochemical biosensor for point-of-care detection of vitamin D deficiency），DOI: 10.1038/s43246-025-00756-9。

期刊信息：Communications Materials

來源：阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)

術(shù)語(yǔ)注釋

MXene：一類二維過渡金屬碳化物或氮化物納米材料，具有高導(dǎo)電性和表面功能性，廣泛應(yīng)用于能源、傳感等領(lǐng)域。

電化學(xué)傳感器：通過檢測(cè)電信號(hào)變化實(shí)現(xiàn)物質(zhì)定量分析的裝置，具有便攜、快速響應(yīng)的特點(diǎn)。

動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍：傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量的目標(biāo)物濃度區(qū)間，覆蓋從最低檢測(cè)限到飽和響應(yīng)的范圍。