导师序言

健康是人类亘古不变的追求。人的身体从健康发展到疾病，往往是一个由量变到质变的过程。在此过程中，对疾病相关的标志物加以检测，可以帮助医生定位患者的患病状态，对疾病的早期诊断及治疗等具有重要意义，有望减少疾病对人类健康的威胁，延长人类预期寿命。学者们已发现多种与疾病相关联的生物标志物，如脑内多巴胺浓度异常与帕金森综合征、精神分裂症等神经系统疾病有关； 体液内尿酸浓度异常与高尿酸血症、痛风、慢性肾病等代谢系统疾病有关； 血清中前列腺癌特异性抗原升高与前列腺癌有关。

目前医院常用的临床诊断仪器（如化学发光免疫分析仪、质谱仪等）价格昂贵、体型庞大，需要专业技术人员才可操作。这使疾病标志物的检测被限制在了专业的实验室中。相比之下，电化学检测具有操作简单、易小型化、灵敏度高等优点，有望打破当前检测手段的局限性，实现疾病标志物居家快速自检测。然而电化学检测在实际应用中还面临许多挑战。一方面，真实样品中往往存在大量的背景蛋白和活性小分子。这些干扰物质会非特异性地吸附在电化学传感器表面，干扰电化学响应，甚至导致假阳性信号。这要求电化学传感器具备高特异性和高抗蛋白污染能力。另一方面，待测物在真实样品中的浓度往往远低于这些干扰物质。这要求电化学传感器具备超高灵敏度。如何使电化学传感器在高浓度干扰物质共存体系下实现高灵敏度检测？这是一项非常具有挑战性的课题。目前，尚未有相关专著针对性地研究过这个问题。

本书结合近年来蓬勃发展的微纳米材料和微纳米结构，科学系统性地研究了上述问题。第2章和第3章针对共存物质干扰问题，提出了一种石墨烯和纳米金的局部和组合修饰方法。在高浓度抗坏血酸干扰下，实现了高灵敏度检测多巴胺和尿酸。第4章针对高灵敏度的检测需求，提出了一种基于热收缩聚合物工艺的前列腺癌特异性抗原高灵敏度检测方法。所制备的传感器检测下限可低至0.38 fg/mL，线性范围达8个数量级。第5章针对背景蛋白污染问题，提出了一种基于物理阻碍和静电排斥的抗污染方法，将热收缩工艺的纳米结构和牛血清白蛋白相结合，实现了超强的抗蛋白污染能力。所制备的传感器可在胎牛血清和全血的连续长期污染下保持良好的电化学响应。

本书作者为清华大学精密仪器系博士研究生，在博士期间从事电化学检测疾病标志物的研究，在该领域内发表了多篇学术论文。本书的研究工作为解决电化学传感器在实际应用中存在的灵敏度、多物质交叉干扰、背景蛋白污染等问题，提供了关键的解决思路和理论基础。希望该书的出版可为今后电化学传感器、电子电路、生物医疗、体外诊断、仪器仪表、纳米材料等领域的科研工作者和研究生提供一定技术参考，也希望该书可以抛砖引玉，启发更多有意义的科研成果，推动疾病居家自检测早日走入千家万户。

叶雄英 清华大学精密仪器系

崔天宏 美国明尼苏达大学机械工程系

2025年6月