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(xiàn)，并為訓練決策提供信息。由于在運動表現(xiàn)和醫(yī)療保健應用中對乳酸水平的無創(chuàng)實時監(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(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(yōu)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(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(zhàn)。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(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(xiàn)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(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(huán)境條件下干燥儲存3個月后，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)測實用器件。

該研究結果不僅為開發(fā)更靈敏、更穩(wěn)定的電化學傳感器提供了新的前景，也為開發(fā)獨特、穩(wěn)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(xiàn)出與標準三電極系統(tǒng)相當的性能，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，從提高靈敏度到實時監(jiān)測和耐用性，使其非常適合即時檢驗。

審核編輯：劉清