癌癥對人類健康構成嚴重威脅，癌癥生物標志物的早期診斷對于癌癥的治療和控制極為重要。基于電化學的檢測成本低、反應靈敏且易于操作，但在準確性、檢測限、效率和便攜性方面存在一些挑戰。微流控裝置與電化學方法的結合有望構建高性能傳感平臺，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、在床旁檢測中應用廣泛等優點。

開發了一種基于微柱陣列電極的微流控傳感器，其中微柱可以產生局部混合流，以減少目標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湍流可以增強目標分子與傳感界面之間的接觸，加速氧化還原對的轉移，從而減少目標分子的孵育時間，改善與3D MF-Au協同的電化學響應。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范圍內具有優異的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，已成功實現檢測人血清中的AFP，結果與電化學化學發光法一致。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生局部湍流，以減少目標分子的孵育時間，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移。

癌癥因其高發病率和低治愈率而被確定為對人類健康的嚴重威脅。癌癥生物標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）作為肝癌的臨床標志物，需要準確檢測才能進行癌癥監測和診斷。已經開發了各種用于AFP監測的方法，例如比色測定、熒光、表面增強拉曼散射和電化學。其中，電化學技術具有成本低、響應快、操作方便等明顯優勢。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著電化學方法檢測AFP。

隨著微流控應用領域向更復雜的化學和生物體系擴展，微流控器件與電化學測試相結合有望構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點。此外，為了方便檢測，微流控生物傳感器、便攜式電化學工作站和智能手機的結合在即時檢測（POCT）的發展中顯示出巨大的前景，有望在醫學診斷和公共衛生系統中大放異彩。盡管已經研究了許多微流控電化學傳感器用于癌癥生物標志物的評估，但仍存在一些癌癥生物標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志物，需要高度富集分析物，這需要微流控芯片的特殊結構設計。在這里，設計了一種與微柱陣列電極集成的新型微流控芯片，以有效捕獲目標分子。微柱的陣列設置增強了電解質溶液的湍流，加強了目標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，電解質湍流可以增強電子在電極表面的傳輸，進而增加電流響應。

為了進一步提高微流控傳感器的分析性能，還需要開發電極界面材料來增強電信號和靈敏度，其中MXenes因其高電導率、大比表面積、低毒性、良好的催化能力和化學穩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移并減小比表面積，因此其應用受到限制。一些策略側重于將2D MXenes開發成具有高孔隙率的三維（3D）結構，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構和較大的比表面積，并且可以通過自身交織獲得3D交織異質結構，而無需引入模板和外部剛性骨架。因此，由MXene纖維組成的3D導電網絡有利于增強基體的電導率和活性位點。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傳感中得到了廣泛的研究。其中，金（Au）NPs因其出色的導電性、快速的電子轉移能力和優異的生物相容性而受到廣泛關注。基于這些優勢，制備負載了Au NPs的3D網絡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平臺中目標分子與傳感界面相互作用的應用。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，其中微柱可以產生局部混合流，以減少目標分子的孵育時間，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移。此外，還合成了3D網絡MXene纖維-Au NPs（3D MF-Au）復合材料，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性能。基于上述微柱陣列電極和3D MF-Au的協同作用，所提出的微流控生物傳感器可以在更短的時間內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中顯示出廣闊的應用前景。

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