癌癥對人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅，癌癥生物標(biāo)志物的早期診斷對于癌癥的治療和控制極為重要。基于電化學(xué)的檢測成本低、反應(yīng)靈敏且易于操作，但在準(zhǔn)確性、檢測限、效率和便攜性方面存在一些挑戰(zhàn)。微流控裝置與電化學(xué)方法的結(jié)合有望構(gòu)建高性能傳感平臺，但仍需要長時間的抗原抗體孵育。因此，需要開發(fā)一種新型的微流控芯片，該芯片具有便攜性好、孵育時間短、精度高、檢出限低、在床旁檢測中應(yīng)用廣泛等優(yōu)點。

開發(fā)了一種基于微柱陣列電極的微流控傳感器，其中微柱可以產(chǎn)生局部混合流，以減少目標(biāo)分子的孵育時間并增強其與傳感界面的相互作用。此外，在微柱陣列電極上修飾了三維Mxene纖維-金納米顆粒（3D MF-Au），以增加活性位點并提供更多的電解液穿梭孔。微柱陣列電極引起的電解質(zhì)湍流可以增強目標(biāo)分子與傳感界面之間的接觸，加速氧化還原對的轉(zhuǎn)移，從而減少目標(biāo)分子的孵育時間，改善與3D MF-Au協(xié)同的電化學(xué)響應(yīng)。本文選擇AFP檢測作為模型，該微流控傳感器在0.1 pg mL?1 - 200 ng mL?1范圍內(nèi)具有優(yōu)異的AFP分析性能，檢測限（LOD）低至0.0648 pg mL?1。

該微流控芯片與微柱陣列電極集成，已成功實現(xiàn)檢測人血清中的AFP，結(jié)果與電化學(xué)化學(xué)發(fā)光法一致。微流控芯片為真實樣本的抗原檢測提供了便攜性、縮短孵育時間、增強電信號的新策略，在床旁檢測中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

本文首先提出了一種基于微柱陣列電極的微流控傳感器用于分析AFP，其中微柱陣列可以產(chǎn)生局部湍流，以減少目標(biāo)分子的孵育時間，增強其與電極的相互作用，并加速傳感界面處氧化還原對的轉(zhuǎn)移。

癌癥因其高發(fā)病率和低治愈率而被確定為對人類健康的嚴(yán)重威脅。癌癥生物標(biāo)志物的早期診斷對于治療和控制癌癥極為重要。肝癌是十大惡性腫瘤之一，死亡率很高。甲胎蛋白（alpha-fetoprotein， AFP）作為肝癌的臨床標(biāo)志物，需要準(zhǔn)確檢測才能進行癌癥監(jiān)測和診斷。已經(jīng)開發(fā)了各種用于AFP監(jiān)測的方法，例如比色測定、熒光、表面增強拉曼散射和電化學(xué)。其中，電化學(xué)技術(shù)具有成本低、響應(yīng)快、操作方便等明顯優(yōu)勢。然而，更高的精度、更低的檢測限、更高的效率和便攜性的要求不斷挑戰(zhàn)著電化學(xué)方法檢測AFP。

隨著微流控應(yīng)用領(lǐng)域向更復(fù)雜的化學(xué)和生物體系擴展，微流控器件與電化學(xué)測試相結(jié)合有望構(gòu)建出更先進的微流控生物傳感器，具有樣品消耗低、小型化、便攜性和高精度等優(yōu)點。此外，為了方便檢測，微流控生物傳感器、便攜式電化學(xué)工作站和智能手機的結(jié)合在即時檢測（POCT）的發(fā)展中顯示出巨大的前景，有望在醫(yī)學(xué)診斷和公共衛(wèi)生系統(tǒng)中大放異彩。盡管已經(jīng)研究了許多微流控電化學(xué)傳感器用于癌癥生物標(biāo)志物的評估，但仍存在一些癌癥生物標(biāo)志物在傳感界面中捕獲能力相對較低、檢測時間長、檢測過程缺乏高靈敏度等限制。

為了更高效、更靈敏地檢測癌癥生物標(biāo)志物，需要高度富集分析物，這需要微流控芯片的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計。在這里，設(shè)計了一種與微柱陣列電極集成的新型微流控芯片，以有效捕獲目標(biāo)分子。微柱的陣列設(shè)置增強了電解質(zhì)溶液的湍流，加強了目標(biāo)分子與傳感界面之間的接觸，從而進一步增加了抗體與抗原之間的碰撞，從而縮短了抗AFP與AFP之間的孵育時間。此外，電解質(zhì)湍流可以增強電子在電極表面的傳輸，進而增加電流響應(yīng)。

為了進一步提高微流控傳感器的分析性能，還需要開發(fā)電極界面材料來增強電信號和靈敏度，其中MXenes因其高電導(dǎo)率、大比表面積、低毒性、良好的催化能力和化學(xué)穩(wěn)定性而引起了人們的極大興趣.Ti3C2Tx MXene因其令人滿意的性能而可以很好地用作電極材料，已被應(yīng)用于過氧化氫、馬拉硫磷、金屬離子、抗原等的分析。然而，MXenes的堆積和群體聚集問題可能會阻礙電子轉(zhuǎn)移并減小比表面積，因此其應(yīng)用受到限制。一些策略側(cè)重于將2D MXenes開發(fā)成具有高孔隙率的三維（3D）結(jié)構(gòu)，以克服聚集問題。此外，一些研究表明，與MXene納米片相比，MXene纖維具有獨特的線性結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，并且可以通過自身交織獲得3D交織異質(zhì)結(jié)構(gòu)，而無需引入模板和外部剛性骨架。因此，由MXene纖維組成的3D導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)有利于增強基體的電導(dǎo)率和活性位點。此外，金屬納米顆粒在Mxenes上的改性也可以緩解自堆積問題。Pt、Au和Ag等貴金屬納米顆粒因其突出的電子和催化性能而在電化學(xué)傳感中得到了廣泛的研究。其中，金（Au）NPs因其出色的導(dǎo)電性、快速的電子轉(zhuǎn)移能力和優(yōu)異的生物相容性而受到廣泛關(guān)注?；谶@些優(yōu)勢，制備負(fù)載了Au NPs的3D網(wǎng)絡(luò)MXene光纖將為先進傳感器提供理想的接口。

在此，研究了制造局部湍流以增強微流控電化學(xué)平臺中目標(biāo)分子與傳感界面相互作用的應(yīng)用。首先提出了一種基于微柱陣列電極的微流控傳感器用于分析AFP，其中微柱可以產(chǎn)生局部混合流，以減少目標(biāo)分子的孵育時間，增強其與電極的相互作用，并加速傳感界面處氧化還原對的轉(zhuǎn)移。此外，還合成了3D網(wǎng)絡(luò)MXene纖維-Au NPs（3D MF-Au）復(fù)合材料，并作為信號放大基板，用于在微柱電極表面進行改性，以進一步提高電化學(xué)性能。基于上述微柱陣列電極和3D MF-Au的協(xié)同作用，所提出的微流控生物傳感器可以在更短的時間內(nèi)捕獲更多的抗原分子，同時改善電分析信號。該生物傳感器具有 0.1 pg mL?1 - 200 ng mL?1 的寬檢測范圍和 0.0648 pg mL?1 的低檢測限 （LOD） 用于評估 AFP。此外，該生物傳感器適用于檢測人血清中的AFP，并能達到令人滿意的分析結(jié)果。該微流控芯片為真實樣本的抗原檢測提供了縮短孵育時間、增強電信號的新策略，在POCT中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。

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