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一種將 MXene 二維納米材料與維生素 D 選擇性抗體結合的高靈敏度電化學傳感器，可實現血液中維生素 D 的低成本、快速和分散式檢測。圖片來源：KAUST（2025）

阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的跨學科團隊開發了一種電化學傳感器，旨在解決中東和北非（MENA）地區尤為突出的全球性健康問題。該傳感器可檢測血液樣本中維生素 D 水平不足，為這種若未及時治療可能導致嚴重健康后果的必需維生素缺乏癥提供早期預警。相關研究成果發表于《通訊・材料》（Communications Materials）期刊。

“維生素 D 缺乏可引發廣泛的健康并發癥，包括心血管疾病、自身免疫性疾病、神經退行性疾病和骨骼畸形，” 項目共同負責人胡薩姆・阿爾沙里夫（Husam Alshareef）和達娜・阿爾蘇萊曼（Dana Alsulaiman）實驗室的博士后沙拉特・錢德拉・巴爾曼（Sharat Chandra Barman）指出，“早期診斷維生素 D 缺乏至關重要。”

人體皮膚在陽光照射下可合成維生素 D，但在炎熱地區，人們通常會盡量減少日照。阿爾蘇萊曼表示：“盡管沙特阿拉伯和中東北非地區陽光充足，但維生素 D 缺乏的患病率高得驚人，使其成為一個關鍵卻常被忽視的公共衛生挑戰。” 據統計，該地區約 80% 的人口存在維生素 D 缺乏問題，沙特阿拉伯 16% 的人屬于嚴重缺乏。

檢測難題與技術突破

在血液樣本中對這種必需維生素進行臨床相關濃度的檢測極具挑戰性。阿爾蘇萊曼解釋道：“維生素 D 分子體積小、血液中循環濃度低，且與其他生物分子結構相似，這些都帶來了技術難題。” 因此，維生素 D 檢測通常需要依賴大型城市中心才具備的專業設備。

為了開發出即便在偏遠醫療中心也能使用的簡單精準維生素 D 檢測設備，團隊設計了一種新型電化學傳感器，將 MXene 二維納米材料與維生素 D 選擇性抗體相結合。巴爾曼介紹：“MXene 具備多種適合生物傳感器應用的特性：生物相容性好、導電性優異，且表面覆蓋可調節的化學基團，便于進一步集成器件功能。”

研究團隊利用這些化學基團將維生素 D 結合抗體固定在 MXene 表面。“MXene 與抗體的結合形成了一種用于即時檢測維生素 D 的高靈敏度、高選擇性材料，” 巴爾曼表示。實驗表明，當傳感器表面的抗體與維生素 D 結合時，通過生物傳感器的電流會發生可測量的下降，且電信號響應強度與樣本中維生素 D 濃度成正比。

關鍵性能與應用前景

該傳感器的維生素 D 檢測限低至每毫升樣本 1 皮克（1 pg/mL），動態檢測范圍為 0.1–500 納克 / 毫升（ng/mL）。巴爾曼指出：“這一范圍有效覆蓋了從維生素 D 缺乏、不足、充足到中毒的臨床相關濃度區間。” 此外，傳感器還表現出高選擇性，葡萄糖、維生素 C 和維生素 B12 等非目標生物分子對其干擾極小。

阿爾蘇萊曼總結道：“我們將 MXene 與抗體的協同結合，成功開發出低成本、快速、分散式的維生素 D 缺乏生物傳感平臺 —— 這與沙特極富遠見的‘衛生部門轉型計劃’目標一致，推動了可及性醫療解決方案的發展。”

更多信息

相關研究成果發表于《通訊材料》，標題為《抗體功能化 MXene 基電化學生物傳感器用于維生素 D 缺乏癥的即時檢測》（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

來源：阿卜杜拉國王科技大學

術語注釋

MXene：一類二維過渡金屬碳化物或氮化物納米材料，具有高導電性和表面功能性，廣泛應用于能源、傳感等領域。

電化學傳感器：通過檢測電信號變化實現物質定量分析的裝置，具有便攜、快速響應的特點。

動態檢測范圍：傳感器能準確測量的目標物濃度區間，覆蓋從最低檢測限到飽和響應的范圍。