基于纳米酶增强电极的电化学传感器，用于汗液中的乳酸检测
2024-02-24 17:21:13 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究人员在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上制备的平面金表面上制造了GLAD NiO电极，并将该结构用于乳酸的电化学测定。GLAD NiO电极独特的微孔结构，加上其高表面积、高催化活性和优异的导电性，增强了传感器的性能。
乳酸是人体内的一种关键代谢物，是剧烈运动时产生的一种废物。在肌肉组织中，乳酸往往在缺氧条件下产生，一旦产生，就会减少肌肉输出。因此，乳酸被定期跟踪，以评估运动员的表现，并为训练决策提供信息。由于在运动表现和医疗保健应用中对乳酸水平的无创实时监测需求不断增加，用于汗液采样的非酶乳酸传感器的发展受到极大关注。
据麦姆斯咨询报道，近期，加拿大国家研究委员会纳米技术研究中心（Nanotechnology Research Centre）和滑铁卢大学（University of Waterloo）的研究人员通过掠射角沉积（GLAD）技术制备了氧化镍（NiO）纳米结构，以实现乳酸的高特异性催化电氧化，取代天然乳酸氧化酶用于汗液中乳酸的电化学检测。GLAD NiO电极在人工汗液样品中表现出高灵敏度（412 μA mM⁻¹ cm⁻²）、宽线性检测范围（1-45 mM）、低检测限（3 μM）和优异的特异性。相关研究成果以“Robust and flexible electrochemical lactate sensors for sweat analysis based on nanozyme-enhanced electrode”为题发表在Biosensors and Bioelectronics: X期刊上。
在这项研究中，研究人员在柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上制备的平面金表面上制造了GLAD NiO电极，并将该结构用于乳酸的电化学测定。GLAD NiO电极独特的微孔结构，加上其高表面积、高催化活性和优异的导电性，增强了传感器的性能，并证明了其在乳酸高灵敏检测中的卓越有效性。
GLAD NiO薄膜的扫描电子显微镜（SEM）图像及X射线能量色散谱数据
内部制造的金对电极和稳定的固态Ag/AgCl参比电极都与GLAD NiO工作电极一起制造在柔性PET基底上，在乳酸检测中表现出与商业Pt对电极和Ag/AgCl（1 M KCl）参比电极相当的性能。
选择性在传感器的功能中至关重要。在检测汗液样品中的乳酸时，尿酸（UA）、抗坏血酸（AA）和葡萄糖（Glu）等干扰物的存在带来了巨大的挑战。为了评估GLAD NiO电极对乳酸检测的选择性，通过将0.25 mM Glu、0.1 mM AA和0.1 mM UA分别加入含有3 mM乳酸的溶液中进行计时安培法（CA）实验。结果表明，与乳酸产生的响应相比，干扰物产生的氧化电流可以忽略不计。
该电化学传感器的选择性实验结果
为了证明GLAD NiO电极在测定汗液样品中乳酸的适用性，研究人员使用了一种人工汗液。GLAD NiO电极在人工汗液样品中表现出高灵敏度（412μA mM⁻¹ cm⁻²）、宽线性检测范围（1–45 mM）、低检测限（3μM）和良好的特异性。
GLAD NiO电极测定人工汗液中乳酸的实验结果
总而言之，金衬底上制备了一种用于乳酸检测的纳米结构GLAD NiO薄膜。GLAD NiO电极对乳酸检测表现出灵敏的响应（412 μA mM⁻¹ cm⁻²），检测限（3 μM）远低于人体汗液中典型的乳酸浓度。纳米结构薄膜的高性能归因于其优异的电催化活性和高比表面积。尽管受到汗液样本中基质的影响，但该传感器的乳酸检测线性范围为1 mM-65 mM，覆盖了汗液中的乳酸浓度。此外，没有观察到暴露于高浓度氯离子的中毒效应，并且在存在干扰物种的情况下保持对乳酸的选择性检测。即使在环境条件下干燥储存3个月后，所开发的传感器仍保持其检测乳酸的性能，乳酸氧化电流响应没有显著变化。本文所提出的利用GLAD NiO电极的纳米酶传感器提供了选择性和可靠的乳酸检测，使其成为一种有前途的乳酸监测实用器件。该研究结果不仅为开发更灵敏、更稳定的电化学传感器提供了新的前景，也为开发独特、稳定的生化检测方法提供了基础。当以试纸条形式实施时，GLAD NiO表现出与标准三电极系统相当的性能，并且在以各种弯曲半径弯曲后表现出优异的柔性和稳定性能，并提供了一系列优势，从提高灵敏度到实时监测和耐用性，使其非常适合即时检验。
论文信息：https://doi.org/10.1016/j.biosx.2024.100455
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