新型电化学传感器助力桥本甲状腺炎早期诊断与监测

桥本甲状腺炎是一种器官特异性自身免疫性疾病,为甲状腺炎中最常见的临床类型，尤其以30～50岁女性多见。近30年该病发病率迅速上升，特别是处于青春期、育龄期、更年期的女性最容易发病。

近日，河南中医药大学杨怀霞教授团队通过与河南省中医方证信号传导重点实验室主任司富春教授合作，在甲状腺病的症候分布及症候演变规律、相关抗体筛选、早期精准诊疗技术开发等方面取得重要突破。相关成果发表于国际权威学术杂志《Sensors and Actuators B: Chemical》。此成果也是该团队指导本科生进行科学研究取得的创新成果之一。

为何研究？

“甲状腺癌是一种起源于甲状腺滤泡上皮或滤泡旁上皮细胞的恶性肿瘤，也是头颈部最为常见的恶性肿瘤。”河南中医药大学教授刘艳菊告诉《中国科学报》。

据了解，近年来，全球范围内的甲状腺癌发病率持续迅速增长，已成为全球第七大恶性肿瘤。据国家癌症中心最新发布2022年我国恶性肿瘤数据显示，甲状腺癌年龄特异性发病率已居所有恶性肿瘤第三位，严重威胁中国居民健康。

此外，桥本甲状腺炎患者更容易受到心血管疾病和恶性肿瘤的影响，已成为严重威胁人类健康和生活质量的常见病。

“然而，目前尚无有效的预防和治疗桥本甲状腺炎的方法。中医理论认为甲状腺病主要与“肝”、“脾”、“肾”等脏腑功能失调有关，病因多与情绪不畅、饮食失节、外邪侵袭等有关。辨证论治是中医治疗的核心。因此，开发有效的桥本甲状腺炎诊疗方法对于监测疾病进展和改善治疗效果具有重要意义。”刘艳菊说。

纳米材料和聚合技术

目前，已有各种检测疾病蛋白标记物的方法被报道，如免疫细胞化学、酶联免疫吸附试验、电化学传感等。在这些方法中，电化学传感器因其特异性强、反应快、成本较低、便携性好等固有优点，近年来受到广泛关注。

然而，基于1：1目标信号识别的电化学方法限制了其灵敏度和广泛的适用性。因此，为了弥补这些缺陷，进一步提高电化学传感器的灵敏度，人们采用了各种信号放大策略，包括酶催化、纳米材料、聚合反应等。其中，纳米材料具有高电导率、高比表面积、良好的生物相容性和易修饰性，在电化学传感领域得到了广泛的应用。

“我们发现单个金属纳米颗粒相比，双金属纳米颗粒具有较好的催化活性和生物相容性。”刘艳菊说。

据介绍，纳米材料常作为电极的基底材料用于增大电极的比表面积、提高电极表面电子传递速率等。而聚合反应可以将大量信号分子以分子刷的形式引入传感体系，从而显著提高信号输出强度。

因此，研究团队出发点是将这两种信号放大策略结合，通过双信号放大策略提高传感体系的灵敏度。与传统方法相比，这种创新既利用纳米材料改善电极的电化学活性，又实现了信号输出强度。

应用前景

基于纳米材料和ATRP聚合反应的电化学传感器因其高灵敏度和强特异性，在生物标志物检测领域展现了巨大的应用潜力。在多种疾病标志物的检测中，可为临床诊断、环境监测及食品安全等领域提供更加灵敏、高效的检测工具。

目前，该研究团队依托河南中医药大学的多学科优势，整合医学、药学、化学、生物学和信息学资源，深入研究肿瘤的病理与分期特征。利用基因组学、蛋白组学以及高通量、高内涵筛选技术，通过大数据和人工智能技术，从中筛选出潜在的标志物集群，显著提升了疾病标志物的敏感性和特异性。

这种多学科交叉集成攻关，不仅有助于获得高水平科研成果，同时能够促进医药学类专业高素质人才培养和高等教育内涵式建设。多年来，河南中医药大学化学课程组以学生发展为中心，坚持不断推进科教融合培养人才，把科研成果转化为教学内容，以学科竞赛为引领，以赛促学、以赛促教，着力培养学生的创新思维和创新能力。近5年指导本科生参加各类学科竞赛，获国家级奖励5项，省级奖励20项。

“下一步，研究团队将开发集成多种基因和蛋白标志物的联合检测芯片技术，实现一次检测获取更多疾病信息的目标。将加速肿瘤的早期发现和精准诊断，为临床靶向用药提供了有力指导，为社会和人民健康带来深远福祉。”刘艳菊说。

相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.135080

电化学传感检测DR1原理图。河南中医药大学供图。