摘 要： 综述了纳米电化学传感器在抗乳腺癌药物检测中的应用。分析了近15年来纳米电化学传感器在选择性雌激素受体调节剂、雌激素受体下调剂、芳香化酶抑制剂、卵巢功能抑制剂和孕激素5种抗乳腺癌药物检测中的应用进展，同时明确指出诸多性能突出的纳米电化学传感器成功用于实际样品分析。纳米电化学传感器的应用特点是DNA电化学传感器、电位型传感器、纳米复合物及高精度分析方法等应用较多，而新兴纳米材料、精密组装工艺、电化学联用技术及智能多模式检测应用较少。预计未来的研究将围绕准确性和可靠性来展开，需在强化电致化学发光和分子印迹技术联用、拓宽纳米电化学免疫传感器应用、发展新型纳米仿生电极3个方面做出努力。

 

关键词： 纳米电化学传感器； 抗乳腺癌药； 检测； 应用

 

乳腺癌(BC)是发生于乳腺导管上皮或腺小叶的恶性肿瘤，其发病率逐年上升且日益年轻化，已位列我国女性癌症首位，堪称威胁妇女生命的“头号杀手”，严重影响患者的身心健康、生育能力及家庭关系[1]。目前，临床上根治BC除手术切除、放疗、化疗、靶向治疗等方式外，创伤小、副反应轻、操作简单的内分泌治疗同样是一种广泛使用的应对手段。其原理在于：BC属于激素依赖型肿瘤，雌激素(ES)可以促进癌细胞的增殖，通过抑制ES的分泌或者阻断ES与癌细胞之间的结合，达到阻止肿瘤继续生长或杀死癌细胞的目的[1]。内分泌治疗作为一种激素疗法，所用抗癌药极为关键，为尽可能减轻患者痛苦，临床使用时必须精确控制药物剂量。此外，此类药物具有显著的激素调节作用，故绝大部分被列入国家体育总局发布的《2025年兴奋剂目录公告》名单，禁止用于竞技赛场，因此相关抗BC药物检测研究具有重要意义。

 

自21世纪初以来，具有优异导电性能、催化性能、吸附性能及特殊结构的纳米材料广泛用于药物分析，再结合操作简便、响应快速、高灵敏度的电化学检测方法，所构建的纳米电化学传感器更是在该领域大放异彩，成效显著。抗BC药物大多具有复杂的分子结构且不易溶于水，在普通电极上的响应信号较弱，不易实施直接电化学检测。而纳米电化学传感器恰好可以借助自身优势，加速电子转移、增强药物分子在电极界面的富集效果，从而实现对抗BC药的灵敏检测。一般而言，工作电极是纳米电化学传感器的核心部件及检测平台，目前大量研究工作主要是对电极修饰材料进行优化。与单一纳米材料相比，纳米复合物具有更加突出的使用性能，更受研究者青睐，基于其制备的各种电化学传感器占据时下主流，并引领该领域未来发展方向。鉴于此，笔者以国家医保局颁布的《国家基本医疗保险、工伤保险和生育保险药品目录(2024年)》为依据，选取我国当前临床一线使用的主流抗BC药物，对最近15年纳米电化学传感器在抗BC药物检测领域的应用进展进行简要评述，以期能助力我国化学、药学、医学、材料学等学科的发展。

 

1 应用进展

依据药理作用的不同，内分泌治疗药物主要有5类，即选择性雌激素受体调节剂、雌激素受体下调剂、芳香化酶抑制剂、卵巢功能抑制剂和孕激素[1]。由于所用纳米材料涉及面广，交叉现象显著，故传感器类型繁多、不易归类。为方便行文，这里以药物属性为基础进行划分，分别探讨纳米电化学传感器在不同类别抗BC药物检测中的应用进展。

 

1.1 在选择性雌激素受体调节剂检测中的应用

选择性雌激素受体调节剂可以与ES竞争性地结合雌激素受体(ER)，以此来抑制ES活性，发挥抗ES作用，从而控制癌细胞增殖。代表性药物有他莫昔芬(TTMF)、雷洛昔芬(RLF)、氯米芬(CMP)等[1]。

Raeisi-Kheirabadi等[2]将200 ℃下煅烧形成的NiO纳米颗粒(NiO NPs)与碳糊、石蜡油按一定比例混合后制备出化学修饰碳糊电极。该电极在碱性溶液中产生氧化峰，随着溶液中TMF浓度逐渐增加，氧化峰电流线性降低，据此可采用方波伏安法(SWV)间接测定TMF，浓度线性范围(LR)为10～60 nmol/L，检出限(LOD)为1.81±0.35 nmol/L，可用于人体血清样分析。Shafaei等[3]制备了一种CeO2 NPs-多壁碳纳米管(MWCNTs)复合物修饰碳陶瓷电极，其具有良好的催化及再生性能。采用示差脉冲伏安法(DPV)测定TMF，LR为0.2～40 nmol/L，LOD为0.132 nmol/L，可用于人体血清样分析。Soltani等[4]制备了一种以Al2O3为核、C为壳的核-壳结构以及V2O5 NPs，将两者形成复合物后再与石墨粉、石蜡油混合并手工研磨，制备出化学修饰碳糊电极，通过电化学阻抗(EIS)和扫描电镜(SEM)进行表征。该电极能够催化TMF的电化学氧化，采用DPV进行测定，LR为0.1～200 μmol/L，LOD为0.025 μmol/L，可用于药样分析，并可利用各自不同的氧化峰电位实现TMF、对乙酰氨基酚、抗坏血酸3者的同时检测。Hassasi等[5]发现由于存在介孔结构，掺杂Ni(OH)2的纳米NaY沸石修饰碳糊电极对TMF的氧化具有更为优异的催化作用。采用DPV进行测定，LR为2.00～110.00 μmol/L，LOD为0.65 μmol/L。Khudaish[6]在经过氧化预处理的玻碳电极表面电化学沉积了一层VO2-V2O5混合物，通过X-射线衍射谱(XRD)、循环伏安法(CV)及EIS对电极进行表征。该电极能够加快电子转移，具有良好的电催化活性。TMF在该电极上发生电化学氧化，其过程受扩散控制。采用DPV进行测定，LR为0～75 μmol/L，LOD为389 nmol/L，可用于药样分析。Raeisi-Kheirabadi等[7]通过CV和线性扫描伏安法(LSV)，系统研究了高碱性条件下TMF在NiO NPs修饰碳糊电极上的电化学行为。电极在碱性溶液中可产生一对氧化还原峰，随着TMF的加入，峰电流均出现下降，说明TMF可以消耗NiO NPs，据此提出了4种可能的电极反应机理，并求得电荷转移系数α、交换速率常数k、扩散系数D、电子转移数n等一系列电极过程动力学参数。Daneshgar等[8]以超微金电极为检测探头，用于流动注射分析系统(FIA)，通过SWV并结合快速傅里叶变换技术测定TMF，LR为1.0×10-11～3.0×10-6 mol/L，跨越5个数量级，LOD为3.0×10-12 mol/L，达到pmol/L级，可用于人体尿样和血浆样分析。Yarman等[9]在玻碳电极表面对含有TMF的邻苯二胺-间苯二酚混合物进行电聚合反应，反应完成后洗脱掉模板分子TMF，得到对TMF呈高选择性的分子印迹膜(MIP)。电化学探针[Fe(CN)6]3-或[Fe(CN)6]4-在MIP修饰电极上产生一对可逆的氧化还原峰，但MIP一旦再与溶液中的TMF结合，随着TMF浓度增加，[Fe(CN)6]3-或[Fe(CN)6]4-的峰电流随之线性下降，直至被完全抑制，据此可间接检测TMF，LR为1～100 nmol/L，可用于人体血清样分析。Radhapyari等[10]采用戊二醛，借助简单的吸附，将辣根过氧化物酶(HRP)固定在聚苯胺修饰铂电极表面，制备出电流型生物传感器，通过红外反射光谱(FT-IR)、CV及EIS对其表征。电极可催化TMF的电化学还原，其过程受扩散-吸附混合控制。测定TMF时，LR为1～11 ng/mL，LOD为0.07 ng/mL，可用于药样分析。Heydari等[11]在SiO2 NPs修饰碳糊电极表面固定了一种具有i-motif结构(非典型四链体核酸结构)的DNA，所形成的生物传感器可催化TMF的电化学氧化。通过CV和SWV研究了TMF和DNA之间的相互作用。DNA这种i-motif结构可通过圆二色光谱法加以确证，在溶液呈酸性时得以维持，但在碱性条件下稳定性则大幅下降。Yanik等[12]采用铅笔芯石墨电极和MWCNTs修饰丝网印刷碳电极，通过DPV全面研究了TMF和病原基因BRCA1之间的相互作用。两者接触后，氧化峰电流均显著提高，两种电极均可用于DNA杂交分析及测序。Pradhan等[13]通过光刻工艺构建了4种基于四电极体系的阻抗型生物传感器。采用EIS评价TMF对宫颈癌细胞的毒性，发现TMF可引起电极表面HeLa细胞减少，并显示出剂量依赖性。Kalanur等[14]发现MWCNTs修饰玻碳电极能够催化RLF的电化学氧化，测定时，LR为8×10-9～1×10-6 mol/L，LOD为2.13 nmol/L，可用于药样和人体体液样品分析。Salmanpour等[15]将负载NiO NPs的单壁碳纳米管(SWCNTs)和1-丁基-4-甲基吡啶四氟硼酸盐离子液体形成纳米复合物，并固定于碳糊电极表面。基于两者之间的协同作用，修饰电极能显著提高RLF的氧化峰电流，降低氧化电位，具有良好的催化性能。采用SWV进行测定，LR为0.03～520 μmol/L，LOD为7.0 nmol/L，可用于药样和人体血清样分析。相似地，Cheraghi等[16]制备了一种含有负载ZnO NPs的CNTs及1-甲基-3-辛基咪唑四氟硼酸盐离子液体的纳米复合物，用以修饰碳糊电极。由于两者都具有优良的导电性，所得电极可通过DPV测定RLF，LR为0.08～400.0 μmol/L，LOD为0.04 μmol/L，可用于药样和人体体液样品分析。Shafiee等[17]基于负载ZnO NPs的石墨烯(GR)纳米片与1，3-二丙基咪唑溴化物离子液体所形成的纳米复合物，制备了一种化学修饰碳糊电极，通过SEM和XRD进行表征。由于复合物组分之间存在协同效应，修饰电极具有良好的催化活性。RLF在电极上可产生一对准可逆氧化还原峰，电极过程受扩散控制，求得电荷转移系数α为0.82，扩散系数D为1.517×10-5 cm2/s，2H++2e-参与反应。采用SWV进行测定，在低浓度及高浓度区间LR分别为1.0×10-10～5.0×10-6 mol/L和1.0×10-6～5.0×10-4 mol/L，LOD为0.07 nmol/L，达到pmol/L级，可用于药样和人体血清样分析。Ghalkhani等[18]通过滴涂法制备了一种还原氧化石墨烯(rGO)-CNTs复合物修饰玻碳电极，借助SEM进行表征，两种纳米材料之间存在π-π相互作用。电极催化性能良好，RLF在电极上发生电化学氧化生成苯氧基自由基，其又参与还原反应。测定时，在低浓度及高浓度区间LR分别为0.006～5.0 μmol/L和5.0～15.0 μmol/L，LOD为2 nmol/L，可用于药样和人体血浆样分析。Fouladgar等[19]制备了一种GR-CuO NPs-聚吡咯纳米复合物修饰铅笔芯石墨电极，可实现RLF和TMF的同时测定，可用于药样分析。此外，通过第一性原理计算及范德华校正等手段系统研究了RLF在GR-CuO NPs表面的吸附行为，发现RLF作为电荷供体发生了强烈的化学吸附。Shalali等[20]将负载N掺杂碳量子点(QDs)的Fe3O4 NPs和N-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体形成纳米复合物，用以修饰碳糊电极，借助FT-IR、SEM、XRD、紫外-可见吸收光谱(UV)、X-射线能谱(EDS)等进行表征。通过DPV测定RLF，LR为0.04～320 μmol/L，LOD为10.0 nmol/L。利用RLF和TMF的氧化峰电位差，该电极可用于药样及人体体液样品中两者的同时检测。Shahrokhian等[21]通过滴涂法将C纳米颗粒-三聚氰胺复合物固定于玻碳电极表面，干燥成膜后得到修饰电极，借助SEM、EIS和CV进行表征。通过DPV测定RLF，LR为0.04～2.0 μmol/L，LOD为10.0 nmol/L，可用于药样分析。Teradal等[22]在不使用溶剂的情况下，通过简单的手工研磨，使C纳米粉末均匀分散在石墨粉中形成复合物，再以痕量石蜡油为黏合剂，通过后续成型过程制备出复合物修饰碳糊电极，并借助SEM和CV进行表征。RLF在电极上产生两对氧化还原峰，一对可逆，另一对准可逆。等量的H+和e-参与反应，电极过程受吸附控制。分别通过吸附溶出示差脉冲伏安法(AdDPSV)和吸附溶出线性扫描伏安法(AdLSSV)进行测定，在低浓度及高浓度区间两者的LR分别为1×10-9～1×10-6 mol/L、1×10-5～4×10-5 mol/L和5×10-8～1×10-6 mol/L、1×10-5～4×10-5 mol/L，LOD分别为0.55 nmol/L和19.5 nmol/L，可用于药样、人体尿样和血清样分析。Li等[23]利用长光程薄层电化学池，采用CV、X-射线光电子能谱(XPS)、原位UV等光谱电化学手段，研究了RLF在不同pH值下的氧化机理，指出RLF首先氧化成一个苯氧基自由基，再经过后续一系列转变形成不同产物，并提出了一种可能的平行-连串反应机制。

Mirzaei等[24]制备了一种Fe3O4 NPs修饰碳糊电极，借助SEM、FT-IR和原子力显微镜(AFM)进行表征。CMP在修饰电极上发生电化学还原，通过DPV进行测定，LR为1～727 μmol/L。对于样品中的药物浓度，实际检测值与利用人工神经网络(ANN)预测的结果高度吻合。Jain等[25]制备了一种Bi2O3 NPs-MWCNTs纳米复合物修饰玻碳电极，借助SEM、CV和EIS进行表征。CMP在电极上发生电化学氧化，通过SWV进行测定，LR为10～50 ng/mL，可用于药样分析。

 

1.2 在雌激素受体下调剂检测中的应用

雌激素受体下调剂可以阻断并分解ER，降低ER浓度及活性，减弱ES对癌细胞的作用，进而抑制肿瘤生长。代表性药物为氟维司群(FVS)[1]。Dogan-Topal等[26]采用dsDNA修饰铅笔芯石墨电极，通过DPV研究了FVS和DNA之间的相互作用，当两者接触后，DNA中鸟嘌呤产生的氧化峰电流出现下降，据此可间接测定FVS。LR为1.00～20.00 μg/mL，LOD为0.41 μg/mL，可用于药样分析。

 

1.3 在芳香化酶抑制剂检测中的应用

芳香化酶抑制剂通过抑制芳香化酶的功能，阻断芳构化反应，减少转化形成的ES，进一步降低血液中ES水平，阻止其对癌细胞的刺激。代表性药物有来曲唑(LTZ)、依西美坦(EMT)、福美司坦(FMT)等[1]。

Borna等[27]分别通过水热法从天然苹果汁或以电化学合成方法从石墨中制备出C QDs，并固定到玻碳电极表面。借助TEM和FT-IR进行表征，两种方法合成的QDs尺寸分别为5～10 nm和1～5 nm。在电化学合成过程中，增加所施加的电流会导致QDs尺寸变大，且荧光强度下降。LTZ在修饰电极上产生良好的响应信号，测定时，LR为1～12×5-5 mol/L，LOD为1.85×5-5 mol/L，可用于药样分析。Ramezani等[28]将聚乙烯二氧噻吩-氧化石墨烯(GO)纳米复合物电沉积在不锈钢管表面，用于对LTZ进行固相微萃取。优化分析条件后，整个萃取时间约15.0 min，LR为5.0～1 500.0 μg/L，LOD为1.0 μg/L，可用于人体血浆样分析。Shawky等[29]以邻硝基苯辛醚为溶剂，合成出电活性物质LTZ-磷钼酸离子对配合物，再与聚氯乙烯(PVC)、MgO NPs或CuO NPs等物质混合并进行后续处理，得到两种对LTZ呈高选择性的电位型传感器(膜电极)。测定LTZ时，LR分别为1.0×10-8～1.0×10-2 mol/L和1.0×10-10～1×10-2 mol/L，各自跨越6和8个数量级，LOD分别为5.9×10-9 mol/L和5.6×10-11 mol/L，后者接近pmol/L级，响应时间均仅为2～5 s，使用寿命分别为50 d和65 d，皆可用于药样和人体血浆样分析。Alqirsh等[30]基于主-客体识别作用，制备了4-叔丁基杯[8]芳烃-LTZ离子对配合物，以其作为电活性物质，再结合PVC、塑化剂等物质构建普通的膜电极。随后分别用GR和聚苯胺NPs进行修饰，得到两种不同的电位型传感器。LTZ电位在两种修饰电极上均显示出亚能斯特响应。测定时，LR分别为1.00×10-6～1.00×10-2 mol/L和1.00×10-8～1.00×10-3 mol/L，各自跨越4和5个数量级，LOD分别为9.45×10-7 mol/L和4.04×10-9 mol/L，后者达到nmol/L级。响应时间分别为20～30 s和10～12 s，使用寿命为60 d和15 d，均可用于药样分析。聚苯胺NPs修饰膜电极由于具有更低的LOD和更短的响应时间，故更适合人体血浆样分析。Ganjali等[31]基于电活性的LTZ-四苯基硼酸盐离子对配合物，分别制备了普通PVC膜电极和MWCNTs修饰碳糊电极，两者均依据离子交换原理，通过电位分析来检测LTZ。前者响应时间为20 s，后者为15 s；前者使用寿命为5周，后者为7周。它们皆可用于药样分析。

Ibrahim等[32]通过水热法合成了一种核壳结构，其中，功能化玻碳微球为核，CeO2 NPs为壳，借助XRD、SEM、TEM、能量色散X射线谱(EDX)等进行表征。该复合物用以修饰碳棒电极，能够显著催化EMT的电化学还原。测定时，LR为0.05～10.9 μmol/L，LOD为18 nmol/L。该电极可用于药样和人体血浆样分析，且能实现EMT和LTZ的同时检测。Ibrahim等[33]发现FMT在In2O3 NPs修饰碳糊电极上发生不可逆电化学氧化，1H++1e-参与反应。电极催化性能优异，通过方波阳极吸附溶出伏安法(SWAASV)进行测定，LR为0.19～2.91 μmol/L，LOD为6.2×10-8 mol/L，可用于人体尿样和血清样分析。Ali等[34]合成了一种Au NPs-功能化纳米炭黑杂化物，通过XRD、TEM、EDX等进行表征，并固定于分子导线玻碳糊电极表面。该修饰电极对FMT的电化学氧化具有良好的催化作用，通过SWAASV进行测定，LR为0.02～5.2 μmol/L，LOD为7.14 nmol/L，可用于药样和人体血浆样分析，且能利用不同的氧化峰电位同时测定FMT和抗癌药多柔比星。

 

1.4 在卵巢功能抑制剂检测中的应用

卵巢功能抑制剂通过对垂体持续刺激，抑制垂体分泌促卵泡生成素(FSH)和促黄体生成素(LH)，降低体内ES水平，从而阻止癌细胞生长。代表性药物有亮丙瑞林(LPL)、戈舍瑞林(GSL)等[1]。

Dogan-Topal等[35]将鱼精dsDNA固定于阳极活化处理的铅笔芯石墨电极表面，所得DNA修饰电极可灵敏检测LPL。DNA与LPL接触后发生相互作用，DNA中鸟嘌呤原先产生的氧化峰电流出现下降，据此可通过DPV间接测定LPL。LR为0.20～6.00 mg/L，LOD为0.06 mg/L，可用于药样分析。Laylani等[36]通过混合、机械研磨、微波辐射烘烤等步骤合成了CuO NPs-MWCNTs纳米复合物，随后将铅笔芯石墨电极浸入含有苯胺及CuO NPs-MWCNTs复合物的溶液中进行电聚合反应，紧接着在恒电位下再浸入含有dsDNA的溶液中一定时间，得到最终的修饰电极。借助XRD、SEM、EDX、EIS和CV进行表征。与前类似，DNA与GSL接触后亦发生相互作用，DNA中鸟嘌呤先前形成的氧化峰电流下降，峰电位正移，据此可通过DPV间接测定GSL。LR为0.001～110.0 μmol/L，跨越5个数量级，LOD为0.21 nmol/L，可用于药样、人体尿样和血清样分析。采用希尔作图法可计算出希尔系数n为0.15，结合常数Ka为0.28 ng/mL，离解常数Kd为3.59 ng/mL。Kd值较低，说明DNA对GSL有很强的亲和性。采用分子对接技术考察了GSL和DNA之间的结合部位，表明GSL是插入到DNA受体中的含氮碱基对胞嘧啶和鸟嘌呤中，GSL-DNA配合物是基于π-π堆积作用以及分子间氢键才得以稳定。

 

1.5 在孕激素检测中的应用

孕激素通过影响FSH的分泌来控制卵巢滤泡的发育及生长，减少ES的产生。或者作用于ER，干扰其与ES的结合，阻断ES对癌细胞的作用。代表性药物为甲地孕酮(MGT)[1]。

Ibrahim等[37]合成了一种功能化乙炔黑-CeO2 NPs纳米杂化物，将其固定于玻碳微球糊电极表面，借助SEM、CV、EIS等进行表征。修饰电极能够催化MGT的电化学还原，通过SWV进行测定，LR为4.20×10-8～1.13×10-6 mol/L，LOD为1.30 nmol/L，可用于药样、人体尿样和血清样分析。

 

2 其他应用研究

从研究传承的角度来看，一些普通的工作电极同样可用于检测抗BC药，并取得了一定效果，为纳米电化学传感器的构建提供了一些有益的参考。一方面，以离子交换原理为基础、电位能斯特响应为定量分析依据的普通膜电极大量使用，虽然LOD大多处于常规的μmol/L级，但检测时的抗干扰能力却得到显著提高，完全满足简单的药样分析[38‒42]。另一方面，常见的裸碳基电极(如玻碳电极、碳糊电极、金刚石电极等)及贵金属电极(如金电极等)由于检测电位窗口宽、吸附性能好、适应多种液态介质，在研究药物电极反应机理及建立伏安测定方法等方面发挥了显著作用[43‒47]。

 

3 应用特点

最近15年，诸多性能突出的纳米电化学传感器成功用于实际样品中抗BC药的检测，成果丰硕。总体来看，纳米电化学传感器的应用呈现“四多四少”的显著特点。

所谓“四多”，主要是指：

(1) DNA电化学传感器应用较多。一方面，癌症的形成通常与基因突变有关，癌细胞的分型、分期不同，对药物的敏感程度亦有所差异，故测定病原基因对后续用药极为重要。例如，通常情况下LPL用于绝经前BC，FVS则用于绝经后晚期BC。再如，对于复发转移性BC，LTZ和EMT的疗效一般要优于TMF[1]，因此，将病原基因片段固定在电极表面，与药物分子接触后通过观察电化学信号的变化来了解其和药物之间的相互作用，可对药敏性进行初步评估。另一方面，抗癌药大多是通过与DNA结合起作用，结合位点不同会导致药效存在一些差异。例如，虽然EMT和LTZ同属芳香酶抑制剂，但EMT是不可逆的甾体芳香化酶灭活剂，其结构与该酶的自然底物雄烯二酮和睾酮相似，为假性底物。EMT可通过不可逆地与该酶活性位点结合而使其失活(又称自毁性抑制)，从而显著降低病人血液中ES水平，对BC的治疗更为彻底[1]。电极上所固定的同种DNA与不同药物接触后，由于结合位点的差异，所形成的复合物结构迥异，会极大影响原DNA中电活性碱基所产生的响应信号，直观表现为电流、电位、电容、阻抗、峰形等测定结果差异明显。再结合量子化学、化学计量学等辅助分析手段，可以大致判断药物疗效。

(2) 电位型传感器应用较多。膜电极虽然不能直接给出明晰的伏安信号，但对那些分子结构庞大、电化学活性低、难以实施直接电化学检测的药物而言，通过形成具有电活性的离子对配合物，利用其自身电位的变化进行定量测定，也是一种可行的方法。如在成膜物质中添加一些导电性好、吸附性强的纳米材料，有望显著增加电极界面药物分子微区浓度，从而大幅提高传感器的灵敏度。此外，膜电极构造简单、线性范围宽、选择性高、响应时间短、使用寿命长，易于商品化，也使其在该领域始终占据一席之地。

(3) 纳米复合物应用较多。相对于单一类型的纳米材料，纳米复合物集成不同组分的优势并相互协同，可最大限度提高检测效能，文中所展示的绝大部分检出限都是nmol/L级便是明证。以二元纳米复合物为例，如Au NPs-功能化纳米炭黑杂化物，Au NPs具有优异的导电和催化性能，纳米炭黑则具有良好的吸附性能。两者杂化后导致材料的空间构型获得优化，分子识别功能得以增强，故可同时测定FMT及多柔比星两种抗癌药[34]。再如ZnO NPs/CNTs+离子液体复合物，负载的ZnO NPs光电催化活性突出，CNTs作为载体，导电性能、催化性能、吸附性能强，而离子液体不仅导电性好，而且具有溶剂和催化剂双重功能。它们形成复合物后，其功能相互叠加强化，极大改善了药物分子在电极界面的富集效果，响应信号强度显著提高[16]。(4) 高精度分析方法应用较多。大部分研究中，SEM、TEM、XRD、EDX、EIS等表征手段悉数上阵，有利于深化对材料微观形成机制及性能的认识，传感器构建更有针对性。DPV、SWV、SWAASV等脉冲及溶出伏安技术的深度使用，对响应信号进行更精细的校正和区分，克服了普通CV、LSV检测信号易变形、基线难确定的缺点，为实现多组分同时测定奠定基础。此外，上述手段的应用也有利于探寻药物的电极反应机理，进而更加明确其药理作用，为新药研发提供理论依据。

所谓“四少”，具体而言：

(1) 新兴纳米材料应用较少。以金属有机框架材料、纳米酶、钙钛矿材料、MXene材料等为代表的时下主流纳米材料在化学传感领域大放异彩，基于其构建的高性能纳米电化学传感器层出不穷。上述几类材料具有空间维度高、结构可调、比表面积大、易功能化、光/电催化性能强、力学性能好、兼容性佳等诸多优点，与传统低维度的CNTs、GR、rGO、QDs、NPs等材料有着很大不同，使用性能更为优异。可惜的是，上述材料在抗BC药物检测领域的应用研究目前还较为薄弱。

(2) 精密组装工艺应用较少。电极修饰层构筑方面，共价键合、自组装、物理气相沉积、电镀、刻蚀等高精度表面处理工艺在该领域难觅踪迹，而混合或滴涂这两种简单粗放的涂覆方式则频繁用于组装纳米复合物。其最大问题在于它们所形成的修饰层仅通过较弱的物理吸附固定于电极界面，稳定性不足，易脱落，导致检测结果再现性差。此外，上述方式会造成膜层内部各层级界面模糊混乱，其排列不再单向有序，层级之间可能会出现混同或坍塌，尤其在缺乏原位表征的情况下，修饰层实际情况与预设的传感器构建路线图可能存在较大出入，电极性能未必尽如人意。

(3) 电化学联用技术应用较少。文中所展示的nmol/L级LOD在单纯的水溶液中相对容易实现，但面对干扰组分众多、质地黏稠的人体体液样品，测定前如未对样品进行预处理，拙于分离的纳米电化学传感器同样会力所不及，灵敏度亦会受限。如能通过自动化的联用技术实现分离、检测一体化，提前将干扰物质尽数排除，传感器的检测效能将会出现倍增。但截至目前，有关纳米电化学传感器应用于高效液相色谱、毛细管电泳、固/液相微萃取等分离系统的研究在该领域仍鲜见报道，也算是一大缺失。

(4) 智能多模式检测应用较少。目前，基于智能手机的多模式检测方式已成业内主流，在食品、农药、毒素、细菌等化学或生物物质检验方面发挥了重要作用。其具有便携化、集成化、可视化等诸多优点，以机器学习、人工神经网络等为技术基础，通过同步实施多种手段进行检测，达到分析结果相互验证，使即时检验(POCT)成为现实。遗憾的是，该领域暂未看到这方面的相关研究。

 

4 发展趋势

随着大众健康意识的逐渐增强，对BC的关注度不断提高，国家每年投入大量人力、物力、财力对适龄妇女进行筛查。有关抗BC药物的检测研究相信也会持续下去。从实际临床角度来说，患者体液样品中药物及其代谢物的测定结果对医生制定用药方案具有显著影响，故今后的研究应当围绕准确性和可靠性来展开。预计未来有以下3个方向值得重视：

(1) 强化电致化学发光和分子印迹技术的联用。原则上说，充分发挥纳米电化学传感器检测效能的前提是立足工作电极自身。大部分抗BC药物分子中含有多个苯环或杂环，如LPL、GSL，甚至还有相对分子质量巨大的肽类激素，其基团位阻大、电子传递速率低、电化学活性弱，电流及电位测定均存在一定难度。不过，由于这类分子中存在较多的多共轭或刚性结构，光学性能较好，可使用特定物质为发光底物，在一定电压或电流下通过底物和药物分子发生自由基反应，将药物分子在电极上产生的弱电化学信号转换为较强的底物光学信号，从而对抗癌药实施灵敏检测。若同时在电极界面构筑一层导电性纳米MIP，充分利用空间结构匹配原理，借助修饰层和药物分子之间的高度亲和性，使待测物富集在电极表面，完成类似预处理的分离过程，后续ECL检测必然是高选择性的。ECL-MIP联用技术相当于在同一根电极上同时赋予其分离和检测功能，极大增强了传感器的实用性。需要指出的是，有效实施这种联用技术的关键是要提高MIP的再生性，减少洗脱时间和频次，以及选择合适的发光底物。

(2) 拓宽纳米电化学免疫传感器的应用。某些抗BC药属于靶向药物，如单克隆抗体、酪氨酸激酶抑制剂等，主要用于身体极其虚弱的晚期癌症患者，这就决定了其检测要更加精确，对电极灵敏度提出了更高的要求。以抗原-抗体免疫反应为原理的电化学免疫传感器恰好特别适合。将抗体(或抗原)固定在电极修饰层表面，利用免疫反应的特异性识别作用检测作为抗原(或抗体)的药物分子，再借助修饰层内纳米材料对响应信号的放大效应，在复杂体液环境下也能实现抗癌药的高选择性超痕量分析。纳米电化学免疫传感器对待测样品要求不高，但其试剂成本昂贵、操作复杂，需要进行优化。

(3) 发展新型纳米仿生电极。现有DNA修饰电极虽然可以对抗BC药物进行初步的药敏及药效分析，但由于固定在电极表面的DNA是局部性和片段性的，不能完全反映癌细胞的真实情况，而人体活体试验又极易违反法律及伦理道德。一个可能的选择是在电极表面修饰一层或多层生物纳米材料，再通过吸附、包埋、共价交联、溶胶-凝胶等方式将癌细胞固定在修饰膜中，以模拟体内癌变组织。由于细胞本身就是一个电化学活性体，在电极上可以产生伏安响应，故可以通过仿生电极电化学信号的变化来观察癌细胞的生长、增殖和凋亡。同时，利用仿生电极与抗癌药接触，借助响应信号的变化来评估药物对癌细胞的抑制效果，其结果可能更贴近实际情况，其中，作为载体的生物纳米材料是影响仿生电极性能的重要因素。

 

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来源：化学分析计量

关键词： 纳米电化学传感器 抗乳腺癌药物