基于納米酶增強電極的電化學傳感器，用于汗液中的乳酸檢測

乳酸是人體內的一種關鍵代謝物，是劇烈運動時產生的一種廢物。在肌肉組織中，乳酸往往在缺氧條件下產生，一旦產生，就會減少肌肉輸出。因此，乳酸被定期跟蹤，以評估運動員的表現，并為訓練決策提供信息。由于在運動表現和醫療保健應用中對乳酸水平的無創實時監測需求不斷增加，用于汗液采樣的非酶乳酸傳感器的發展受到極大關注。

據麥姆斯咨詢報道，近期，加拿大國家研究委員會納米技術研究中心（Nanotechnology Research Centre）和滑鐵盧大學（University of Waterloo）的研究人員通過掠射角沉積（GLAD）技術制備了氧化鎳（NiO）納米結構，以實現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檢測。GLAD NiO電極在人工汗液樣品中表現出高靈敏度（412 μA mM?1 cm?2）、寬線性檢測范圍（1-45 mM）、低檢測限（3 μM）和優異的特異性。相關研究成果以“Robust and flexible electrochemical lactate sensors for sweat analysis based on nanozyme-enhanced electrode”為題發表在Biosensors and Bioelectronics: X期刊上。

在這項研究中，研究人員在柔性聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上制備的平面金表面上制造了GLAD NiO電極，并將該結構用于乳酸的電化學測定。GLAD NiO電極獨特的微孔結構，加上其高表面積、高催化活性和優異的導電性，增強了傳感器的性能，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射線能量色散譜數據

內部制造的金對電極和穩定的固態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，在乳酸檢測中表現出與商業Pt對電極和Ag/AgCl（1 M KCl）參比電極相當的性能。

選擇性在傳感器的功能中至關重要。在檢測汗液樣品中的乳酸時，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。為了評估GLAD NiO電極對乳酸檢測的選擇性，通過將0.25 mM Glu、0.1 mM AA和0.1 mM UA分別加入含有3 mM乳酸的溶液中進行計時安培法（CA）實驗。結果表明，與乳酸產生的響應相比，干擾物產生的氧化電流可以忽略不計。

該電化學傳感器的選擇性實驗結果

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驗結果

總而言之，金襯底上制備了一種用于乳酸檢測的納米結構GLAD NiO薄膜。GLAD NiO電極對乳酸檢測表現出靈敏的響應（412 μA mM?1 cm?2），檢測限（3 μM）遠低于人體汗液中典型的乳酸濃度。納米結構薄膜的高性能歸因于其優異的電催化活性和高比表面積。盡管受到汗液樣本中基質的影響，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，并且在存在干擾物種的情況下保持對乳酸的選擇性檢測。即使在環境條件下干燥儲存3個月后，所開發的傳感器仍保持其檢測乳酸的性能，乳酸氧化電流響應沒有顯著變化。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測實用器件。

該研究結果不僅為開發更靈敏、更穩定的電化學傳感器提供了新的前景，也為開發獨特、穩定的生化檢測方法提供了基礎。當以試紙條形式實施時，GLAD NiO表現出與標準三電極系統相當的性能，并且在以各種彎曲半徑彎曲后表現出優異的柔性和穩定性能，并提供了一系列優勢，從提高靈敏度到實時監測和耐用性，使其非常適合即時檢驗。

審核編輯：劉清