外泌体是细胞分泌到胞外的一种具有磷脂双分子层结构的囊泡，尺寸在30~150 nm，携带DNA、RNA、蛋白质等生物大分子，参与细胞间信息交流，调控生理病理过程，被认为是理想的癌症诊断生物标志物。电化学传感技术因其响应速度快、灵敏度高、易操作等特点，已被广泛应用于外泌体检测领域。然而，目前外泌体检测使用的传感器电极材料主要由金属基或碳基复合材料表面修饰特异性抗体或适配体组成，存在制备工艺复杂、成本较高的问题。故亟需开发一种简单、快速、高效、无需修饰特异性抗体或适配体的电化学检测技术。近日，延边大学金明实教授课题组在Talanta期刊上发表题为”A novel electrochemical biosensor based on TiO2 nanotube array films for highly sensitive detection of exosomes“的研究论文（Talanta 2025;286:127545）。该研究开发了一种基于二氧化钛纳米管阵列薄膜的新型电化学生物传感器用于外泌体的高灵敏度检测。该传感器无需修饰抗体或适配体，制备工艺简单、快速高效，为外泌体的高灵敏检测提供了一种创新的技术方案。何立琪和朴光海为论文的共同第一作者，金明实教授、韩国成均馆大学金知晚教授和北京大学白玉教授为共同通讯作者。
该研究基于二氧化钛纳米管阵列薄膜（TiO2NTAs）, 开发了一种无需抗体、适配体修饰，即可高灵敏检测外泌体的新型电化学生物传感器。检测原理如图1所示，利用TiO2NTAs表面Lewis酸位点与外泌体磷脂双分子层上磷酸基团之间的高亲和相互作用和高生物相容性捕获外泌体，同时略大于外泌体尺寸的纳米管有效排除大尺寸微囊泡和蛋白质等杂质的干扰，其高度有序的纳米管阵列结构使其电学性质对表面吸附非常敏感，从而提高了传感器的灵敏度。
图1. 基于TiO2NTAs的电化学生物传感器高灵敏检测外泌体原理示意图研究分别利用Huh7（肝癌）、HCT116（结肠癌）和NCM460（正常结肠上皮细胞）三种细胞系衍生的外泌体验证了该传感器用于外泌体检测的优异性能。结果表明，三种不同来源外泌体标准曲线的线性检测范围均为5×101~1×107particles/μL，R2均达到了0.9960以上，且方法检出限（LOD）均低于12.7 particles/μL。说明基于TiO2NTAs的电化学传感器具有灵敏度高、线性检测范围宽、检出限低等优势，可适用于肝癌、结肠癌以及正常结肠上皮细胞等多种来源的外泌体，证实了传感器具有普遍性，能够满足临床检测要求。（图2是检测Huh7细胞系衍生的外泌体的结果图像，另外两种细胞系的检测结果图像详见论文）
图2. 基于TiO2NTAs的电化学生物传感器用于检测Huh7细胞系衍生的外泌体此外，该传感器证明了在真实样本中的适用性，表现出在血清、细胞培养基等复杂生物背景中具有高度的抗干扰能力。如图3所示，定量检测来自20名肝癌患者、20名结肠癌患者和20名健康志愿者血清中的外泌体，结果显示，肝癌患者和结肠癌患者血清中外泌体平均浓度（5.24×102 particles/μL、5.13×102particles/μL）远高于健康人群血清中外泌体平均浓度（2.16×102 particles/μL），差别有统计学意义（p<0.0001），说明该传感器通过定量外泌体的浓度，可有效区分肝癌患者、结肠癌患者与正常人的血清样本。
图3. 健康志愿者与肝癌和结肠癌患者血清中外泌体表达水平的差异性比较（n = 20，****，P < 0.0001）这项研究充分利用了TiO2纳米管与外泌体磷酸基团之间的特殊相互作用、尺寸排阻作用和纳米管阵列结构的特殊电学性质等协同作用，有效提高传感器的检测灵敏度。该传感器无需抗体或适配体的修饰，且制备简单、成本低，为外泌体检测领域提供了新方法、新策略，在临床癌前诊断领域具有很大的应用潜力。参考文献：A novel electrochemical biosensor based on TiO2 nanotube array films for highly sensitive detection of exosomes, Talanta, 286 (2025) 127545.https://doi.org/10.1016/j.talanta.2025.127545
外泌体资讯网 Talanta｜延边大学金明实教授团队：一种基于二氧化钛纳米管阵列薄膜的新型电化学生物传感器用于外泌体的高灵敏检测
