基于納米酶增強(qiáng)電極的電化學(xué)傳感器，用于汗液中的乳酸檢測

乳酸是人體內(nèi)的一種關(guān)鍵代謝物，是劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的一種廢物。在肌肉組織中，乳酸往往在缺氧條件下產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生，就會(huì)減少肌肉輸出。因此，乳酸被定期跟蹤，以評(píng)估運(yùn)動(dòng)員的表現(xiàn)，并為訓(xùn)練決策提供信息。由于在運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和醫(yī)療保健應(yīng)用中對(duì)乳酸水平的無創(chuàng)實(shí)時(shí)監(jiān)測需求不斷增加，用于汗液采樣的非酶乳酸傳感器的發(fā)展受到極大關(guān)注。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，加拿大國家研究委員會(huì)納米技術(shù)研究中心（Nanotechnology Research Centre）和滑鐵盧大學(xué)（University of Waterloo）的研究人員通過掠射角沉積（GLAD）技術(shù)制備了氧化鎳（NiO）納米結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)乳酸的高特異性催化電氧化，取代天然乳酸氧化酶用于汗液中乳酸的電化學(xué)檢測。GLAD NiO電極在人工汗液樣品中表現(xiàn)出高靈敏度（412 μA mM?1 cm?2）、寬線性檢測范圍（1-45 mM）、低檢測限（3 μM）和優(yōu)異的特異性。相關(guān)研究成果以“Robust and flexible electrochemical lactate sensors for sweat analysis based on nanozyme-enhanced electrode”為題發(fā)表在Biosensors and Bioelectronics: X期刊上。

在這項(xiàng)研究中，研究人員在柔性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上制備的平面金表面上制造了GLAD NiO電極，并將該結(jié)構(gòu)用于乳酸的電化學(xué)測定。GLAD NiO電極獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，加上其高表面積、高催化活性和優(yōu)異的導(dǎo)電性，增強(qiáng)了傳感器的性能，并證明了其在乳酸高靈敏檢測中的卓越有效性。

GLAD NiO薄膜的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像及X射線能量色散譜數(shù)據(jù)

內(nèi)部制造的金對(duì)電極和穩(wěn)定的固態(tài)Ag/AgCl參比電極都與GLAD NiO工作電極一起制造在柔性PET基底上，在乳酸檢測中表現(xiàn)出與商業(yè)Pt對(duì)電極和Ag/AgCl（1 M KCl）參比電極相當(dāng)?shù)男阅堋?/p>

選擇性在傳感器的功能中至關(guān)重要。在檢測汗液樣品中的乳酸時(shí)，尿酸（UA）、抗壞血酸（AA）和葡萄糖（Glu）等干擾物的存在帶來了巨大的挑戰(zhàn)。為了評(píng)估GLAD NiO電極對(duì)乳酸檢測的選擇性，通過將0.25 mM Glu、0.1 mM AA和0.1 mM UA分別加入含有3 mM乳酸的溶液中進(jìn)行計(jì)時(shí)安培法（CA）實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，與乳酸產(chǎn)生的響應(yīng)相比，干擾物產(chǎn)生的氧化電流可以忽略不計(jì)。

該電化學(xué)傳感器的選擇性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了證明GLAD NiO電極在測定汗液樣品中乳酸的適用性，研究人員使用了一種人工汗液。GLAD NiO電極在人工汗液樣品中表現(xiàn)出高靈敏度（412μA mM?1 cm?2）、寬線性檢測范圍（1–45 mM）、低檢測限（3μM）和良好的特異性。

GLAD NiO電極測定人工汗液中乳酸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

總而言之，金襯底上制備了一種用于乳酸檢測的納米結(jié)構(gòu)GLAD NiO薄膜。GLAD NiO電極對(duì)乳酸檢測表現(xiàn)出靈敏的響應(yīng)（412 μA mM?1 cm?2），檢測限（3 μM）遠(yuǎn)低于人體汗液中典型的乳酸濃度。納米結(jié)構(gòu)薄膜的高性能歸因于其優(yōu)異的電催化活性和高比表面積。盡管受到汗液樣本中基質(zhì)的影響，但該傳感器的乳酸檢測線性范圍為1 mM-65 mM，覆蓋了汗液中的乳酸濃度。

此外，沒有觀察到暴露于高濃度氯離子的中毒效應(yīng)，并且在存在干擾物種的情況下保持對(duì)乳酸的選擇性檢測。即使在環(huán)境條件下干燥儲(chǔ)存3個(gè)月后，所開發(fā)的傳感器仍保持其檢測乳酸的性能，乳酸氧化電流響應(yīng)沒有顯著變化。本文所提出的利用GLAD NiO電極的納米酶傳感器提供了選擇性和可靠的乳酸檢測，使其成為一種有前途的乳酸監(jiān)測實(shí)用器件。

該研究結(jié)果不僅為開發(fā)更靈敏、更穩(wěn)定的電化學(xué)傳感器提供了新的前景，也為開發(fā)獨(dú)特、穩(wěn)定的生化檢測方法提供了基礎(chǔ)。當(dāng)以試紙條形式實(shí)施時(shí)，GLAD NiO表現(xiàn)出與標(biāo)準(zhǔn)三電極系統(tǒng)相當(dāng)?shù)男阅?，并且在以各種彎曲半徑彎曲后表現(xiàn)出優(yōu)異的柔性和穩(wěn)定性能，并提供了一系列優(yōu)勢，從提高靈敏度到實(shí)時(shí)監(jiān)測和耐用性，使其非常適合即時(shí)檢驗(yàn)。

審核編輯：劉清