MXene - 抗体传感器实现偏远地区低成本精准维生素 D 检测

一种将 MXene 二维纳米材料与维生素 D 选择性抗体结合的高灵敏度电化学传感器，可实现血液中维生素 D 的低成本、快速和分散式检测。图片来源：KAUST（2025）

阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的跨学科团队开发了一种电化学传感器，旨在解决中东和北非（MENA）地区尤为突出的全球性健康问题。该传感器可检测血液样本中维生素 D 水平不足，为这种若未及时治疗可能导致严重健康后果的必需维生素缺乏症提供早期预警。相关研究成果发表于《通讯・材料》（Communications Materials）期刊。

“维生素 D 缺乏可引发广泛的健康并发症，包括心血管疾病、自身免疫性疾病、神经退行性疾病和骨骼畸形，” 项目共同负责人胡萨姆・阿尔沙里夫（Husam Alshareef）和达娜・阿尔苏莱曼（Dana Alsulaiman）实验室的博士后沙拉特・钱德拉・巴尔曼（Sharat Chandra Barman）指出，“早期诊断维生素 D 缺乏至关重要。”

人体皮肤在阳光照射下可合成维生素 D，但在炎热地区，人们通常会尽量减少日照。阿尔苏莱曼表示：“尽管沙特阿拉伯和中东北非地区阳光充足，但维生素 D 缺乏的患病率高得惊人，使其成为一个关键却常被忽视的公共卫生挑战。” 据统计，该地区约 80% 的人口存在维生素 D 缺乏问题，沙特阿拉伯 16% 的人属于严重缺乏。

检测难题与技术突破

在血液样本中对这种必需维生素进行临床相关浓度的检测极具挑战性。阿尔苏莱曼解释道：“维生素 D 分子体积小、血液中循环浓度低，且与其他生物分子结构相似，这些都带来了技术难题。” 因此，维生素 D 检测通常需要依赖大型城市中心才具备的专业设备。

为了开发出即便在偏远医疗中心也能使用的简单精准维生素 D 检测设备，团队设计了一种新型电化学传感器，将 MXene 二维纳米材料与维生素 D 选择性抗体相结合。巴尔曼介绍：“MXene 具备多种适合生物传感器应用的特性：生物相容性好、导电性优异，且表面覆盖可调节的化学基团，便于进一步集成器件功能。”

研究团队利用这些化学基团将维生素 D 结合抗体固定在 MXene 表面。“MXene 与抗体的结合形成了一种用于即时检测维生素 D 的高灵敏度、高选择性材料，” 巴尔曼表示。实验表明，当传感器表面的抗体与维生素 D 结合时，通过生物传感器的电流会发生可测量的下降，且电信号响应强度与样本中维生素 D 浓度成正比。

关键性能与应用前景

该传感器的维生素 D 检测限低至每毫升样本 1 皮克（1 pg/mL），动态检测范围为 0.1–500 纳克 / 毫升（ng/mL）。巴尔曼指出：“这一范围有效覆盖了从维生素 D 缺乏、不足、充足到中毒的临床相关浓度区间。” 此外，传感器还表现出高选择性，葡萄糖、维生素 C 和维生素 B12 等非目标生物分子对其干扰极小。

阿尔苏莱曼总结道：“我们将 MXene 与抗体的协同结合，成功开发出低成本、快速、分散式的维生素 D 缺乏生物传感平台 —— 这与沙特极富远见的‘卫生部门转型计划’目标一致，推动了可及性医疗解决方案的发展。”

更多信息

相关研究成果发表于《通讯材料》，标题为《抗体功能化 MXene 基电化学生物传感器用于维生素 D 缺乏症的即时检测》（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

来源：阿卜杜拉国王科技大学

术语注释

MXene：一类二维过渡金属碳化物或氮化物纳米材料，具有高导电性和表面功能性，广泛应用于能源、传感等领域。

电化学传感器：通过检测电信号变化实现物质定量分析的装置，具有便携、快速响应的特点。

动态检测范围：传感器能准确测量的目标物浓度区间，覆盖从最低检测限到饱和响应的范围。

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