石墨烯-ZIF纳米复合电化学传感器实现猴痘病毒双抗原超灵敏同步检测

研究背景

猴痘病毒（MPXV）于2024年再度被WHO列为 "国际关注的突发公共卫生事件"（PHEIC）。其早期症状（发热、皮疹等）与流感、新冠高度相似，但现有诊断技术存在明显局限：

1.金标准PCR：依赖实验室设施，难以基层推广 

2.ELISA/LAMP：耗时＞2小时，成本高昂 

3.侧流免疫层析（LFIA）：仅定性/半定量，灵敏度不足 

此前所有电化学传感器仅针对A29抗原开发，而M1R作为重要膜蛋白从未被单独检测。所以研究团队基于此，基于还原氧化石墨烯-ZIF-8纳米复合材料开发了一款双通道电化学免疫传感器，首次实现猴痘病毒（MPXV）两种关键抗原 A29与M1R蛋白的同步检测。

研究原理

图1 传感器的材料制备及组装

通过调控溶剂和合成参数，ZIF-8可以形成不同的形貌（如纳米粒子、片状和叶状结构），从而为电化学检测提供了不同的性能优化空间。研究中，将ZIF-8与GO复合，并将其沉积在双碳丝网印刷电极（SPE）上，通过电化学还原形成还原氧化石墨烯-ZIF-8/SPE（rGO-ZIF-8/SPE）。随后，利用针对A29和M1R抗原的单克隆抗体修饰rGO-ZIF-8/SPE，构建出用于同时检测这两种抗原的多重免疫传感器（图1）。检测过程中，抗原结合阻碍电极表面电子传递，也就意味着差分脉冲伏安法（DPV）的电流峰值会下降，电流峰值与抗原浓度也就出现了相关性，测量不同浓度抗原与抗体结合后的电流变化，从而实现对猴痘病毒抗原的定量检测。

研究亮点 

1. 双抗原同步检测突破 

首创M1R检测：填补该靶标无专用传感器的空白；

双通道设计：单次检测同时获取A29与M1R数据，避免假阴性。

2. 超灵敏性能（图2）

该生物传感器对A29和M1R抗原展现出极高的灵敏度，检测限分别低至5.1 pg/mL和3.4 pg/mL，远低于大多数传统检测方法，能够早期发现病毒感染。并且动态范围宽：传感器的线性检测范围为1 pg/mL至10 µg/mL，覆盖了临床样本中常见的抗原浓度，无需复杂的样本稀释或浓缩步骤。

3. 特异性卓越

在与流感病毒和新冠病毒S1蛋白等其他呼吸道病毒抗原的交叉反应实验中，该传感器仅对猴痘病毒A29和M1R抗原产生显著响应，显示出出色的特异性（图2 e）。

图2 传感器检测性能

4. 临床样本检验

为进一步验证传感器的效果，研究人员在加标人血清中进行检测：A29加标回收率达90%，M1R达104%。与ELISA试剂盒也进行了比对，结果发现检测结果高度一致，R²达0.997，并且RSD＜8%（n=3），显示出了优异重现性。

总结与展望

后续这项技术可以朝着多病原体联检平台进一步发展，结合新的靶标，开发多通道传感器。并且可以进一步优化材料的形貌，以提高信号的稳定性。这项研究为猴痘病毒检测提供了一种创新的解决方案，其高灵敏度、高特异性、快速检测和易于操作的特点，使其成为一种理想的现场快速诊断工具。随着进一步的研发和优化，这种电化学生物传感器有望在全球范围内推广应用，为猴痘疫情的防控和公共卫生安全提供有力保障。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164015