科学网李长明院士欧洲杯竞猜:尿酸检测新要领

发布于2021-03-25 16:51    文章来源:网络整理

Single-Atom Cobalt-Based Electrochemical Biomimetic Uric Acid Sensor with Wide Linear Range and Ultralow Detection LimitFang Xin Hu, Tao Hu, Shihong Chen, Dongping Wang, Qianghai Rao, Yuhang Liu, Fangyin Dai, Chunxian Guo*, Hong Bin Yang*, Chang Ming Li*Nano‑Micro Lett.(2021)13:7https://doi.org/10.1007/s40820-020-00536-9

科学网李长明院士欧洲杯竞猜:尿酸检测新方式

本文亮点1首次摸索了单原子钴(A-Co-NG)催化剂用于电化学检测尿酸(UA),并实现了血清标本中UA的检测

2. 具有高活性、超高金属操作率的A-Co-NG表示出了仿生酶特性,其制备的传感器表示出高敏捷度高选择性超宽检测范畴以及超低检测限的UA检测机能。

3. 通过尝试功效和理论计较相团结,对UA分子在A-Co-NG单原子催化剂上氧化回响进程举办了深入研究。

内容简介人体内尿酸(UA)含量的检测对付枢纽炎、先兆子痫、肾脏疾病、心血管疾病等疾病的诊断很是重要。然而要实现UA超长范畴及超低极限的检测,仍具有很是大的挑战。单原子钴纳米酶表示出匀称的活性位点、金属原子操作率高且催化动力学快等利益,可以补充天然酶和纳米酶之间的差距。因此单原子钴传感器不只能实现血清中UA的高敏捷高选择性检测,并且有助于深入领略催化机理。苏州科技大学李长明传授和胡芳馨博士等针对血清中尿酸含量的检测难以实现超宽线性范畴及超低检测极限,且检测机理不明晰的问题,首次提出了一种单原子钴纳米酶(A-Co-NG)制备的电化学尿酸传感器。制备的A-Co-NG纳米酶中Co原子平均与3.4个N原子配位,Co原子价态为+2价。该A-Co-NG传感器的检测范畴宽(0.4~41950 μM),检测极限为33.3±0.024 nm,明明优于以往报道的基于各类纳米质料的传感器。另外,A-Co-NG传感器亦可用于血清实际样品中尿酸含量的检测。本事情为实现检测范畴宽、检测下限低的尿酸传感器提供了一种卓越的质料,满意了实际诊断的需要,为指导其他生物传感进程的摸索提供了新的思路。图文导读I A-Co-NG质料的描摹布局表征钴单原子纳米酶(A-Co-NG)制备进程如图1a所示,首先将钴离子(醋酸钴)吸附在氧化石墨烯(GO)上,并与三聚氰胺殽杂,然后冷冻干燥获得蓬松的殽杂物,最后在氩气掩护空气中热解制得A-Co-NG催化剂。所制备的A-Co-NG纳米质料具有与石墨烯相似的描摹特征,表示为外貌平滑的片状布局(图1b, c)。EDS能谱阐明表白Co原子和N原子匀称漫衍在基底碳质料上(图1d)。通过球差电镜对样品举办了表征,HAADF-STEM图(图1e)显示出孤独的高密度亮点漫衍在A-Co-NG的整个碳骨架上,说明Co原子在碳基底上以单原子形式存在, Co原子的巨细约为0.17 nm,相邻亮点之间的统计间隔较大(~0.46 nm),如图1f所示。ICP测得A-Co-NG中Co的含量为1.03 wt% (图1e插图)。XRD数据如图1g所示,仅调查处处于26.2°和44.0°的(200)和(100/110)碳衍射峰,没有Co颗粒或Co金属的特征峰,表白Co原子在石墨烯载体上为原子级匀称分手。

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图1. (a) A-Co-NG纳米酶合成进程示意图。A-Co-NG的布局表征:(b) SEM图像;(c) 亮场TEM图像;(d) EDX映射图像;(e) HAADF-STEM图像,插图为样品中的元素含量;(f) 相邻Co原子间的间隔;(g) A-Co-NG和NG的XRD衍射图谱。回收XPS研究了A-Co-NG的化学构成和元素状态,如图2a-b所示。Co 2p₃/₂在A-Co-NG中的团结能为789.6 eV,与酞菁钴(CoPc)中的Co(II)较为靠近,可揣度出单原子质料中Co的价态为~+2价。通过比拟CoPc(II)和A-Co-NG的N 1s高判别XPS谱(图2a),在A-Co-NG中吡啶N的身分远高于吡咯N,表白与Co配位的N大概主要为吡啶N (~398.05 eV)。在此基本上,回收X射线接收光谱(XAS)对A-Co-NG中Co原子的价态和配位布局举办了深入研究(图2c-d)。图2c显示了A-Co-NG和参考样品的K层X射线接收近边光谱(XANES)。A-Co-NG的Co接收边能量为7722.3 eV,与CoPc的接收边能量完全沟通,证实A-Co-NG中Co原子的氧化态为+2。如图2d所示,用扩展X射线接收风雅布局傅里叶调动(FT-EXAFs)进一步阐明白A-Co-NG中Co原子的配位情况,功效表白只有一个强壳层(1.46 Å),键长比CoPc(II)样品中的Co−N(1.52 Å)键短0.06 Å。在A-Co-NG中没有检测到金属Co中的Co−Co键(~2.16 Å)和CoPc(II)的Co-C键(~2.60 Å)的特征峰,证实了Co原子在石墨烯上是分手的,并通过N原子配位。通过对k3-weighted EXAFS的小波调动(WT)阐明,区分了A-Co-NG的1.46 Å处形成峰的散射原子的种类。如图4.2e所示,A-Co-NG和CoPc(II)在沟通的k值(6.5 Å⁻1)处强度最大,表白A-Co-NG的第一壳层峰来自与CoPc(II)沟通的背散射原子,即N原子。另外,两个样品的Co-N键长的差别表白A-Co-NG中与Co原子配位的N种类与CoPc(II)中的吡咯N差异,这与N1s高判别XPS谱的结论一致。用Co-N路径拟合了A-Co-NG和CoPC(II)的FT-EXAFS(图4.2f,图S6和表S1),配位数约为3.4。按照布局表征和化学态研究,A-Co-NG的Co原子以+2价态原子级分手在石墨烯上,平均与3.4个N原子配位。

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图2. A-Co-NG和CoPc的(a) N 1S和(b) Co 2p的XPS谱;(c) A-Co-NG的K边XANES谱;(d) 傅立叶调动(相位未校正)的Co K边EXAFS谱;(e) A-Co-NG和CoPC的k3-weighted EXAFS谱的小波调动;(f) A-Co-NG的EXAFS谱的傅里叶调动拟合。II A-Co-NG对UA氧化的电催化行为回收电化学要领测定了A-Co-NG对UA催化回响的仿生酶活性。A-Co-NG/GCE的轮回伏安(CV)测试机能如图3a玄色曲线所示,基于Co(II)/Co(III)在测试底液0.1 M NaOH溶液(pH=13)中产生准可逆的氧化还原回响,该单原子催化剂发生了一对精采的氧化还原峰。当在测试底液中插手400 μM UA后,氧化电流显著增加,归因于UA产生的氧化回响(图3a赤色曲线)。另外,我们筹备了一系列比拟催化剂,譬喻P-Co-NG,NG,Co₃O₄/GO复合质料和Co₃O₄来与A-Co-NG纳米酶举办较量。如图3b所示,回收计时电流响应要领系统地研究了各类催化剂的仿生酶活性。A-Co-NG纳米酶表示出最高的催化氧化活性,敏捷度为301.6 μA mM⁻1 cm⁻2。另外,尝试表白催化剂的催化活性顺序为A-Co-NG>P-Co-NG>Co₃O₄/GO>Co₃O₄,表白了单原子纳米酶固有的优势(图3c)。通过研究扫速的平方根与催化峰电流之间的干系,进一步探讨了A-Co-NG质料的电化学活性,功效表白催化剂回响进程中电子转移个数为2(图3d)。

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图3. (a) A-Co-NG纳米酶的CV响应曲线;(b) 差异催化剂的计时电流响应;(c) 差异催化剂的响应敏捷度;(d) 扫速的平方根与催化峰电流之间的干系。