結核病目前仍然是一種威脅生命的主要疾病，因為如果治療不當或不及時，它可能是致命的。在此，我們首先描述了一種基于金顆粒修飾的羧基石墨烯(AuPs/GCOOH)改性電極的一次性、高性價比的紙基電化學生物傳感器，用于檢測熱休克蛋白(Hsp16.3)，這是一種指示結核感染發病的特定生物標志物。該裝置圖案最初是為了方便檢測程序而設計的，并使用蠟染技術打印在低成本濾紙上，以創建疏水和親水區域。免疫測定以半三明治的形式進行，因為它是一種少試劑的方法，不需要標記步驟。免疫傳感器的制備從GCOOH滴鑄，電化學沉積AuPs開始，并利用1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺(EDC)/ N -羥基琥珀酰亞胺(NHS)-磺胺標準化學建立針對Hsp16.3的生物識別層。Hsp16.3的出現導致使用的氧化還原探針的電化學信號響應顯著降低，這是由于所產生的免疫復合物具有絕緣特性。GCOOH可以直接固定抗體，而AuPs可以增強傳感器的電化學性能。該免疫傳感器雖然只需要極小的樣品體積(5 μL)，但在檢測限方面性能優異，檢測限為0.01 ng/mL。我們的平臺被證實對Hsp16.3具有高度特異性，并且可以快速檢測結核病感染的血清，而無需任何預富集(20 min)，使其成為一種替代方法，特別適用于資源稀缺國家的結核病早期診斷。
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圖1. 利用所研制的電化學免疫傳感裝置制備Hsp16.3的過程(A)、工作操作和電化學測量(B)。
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圖2. 裸紙(A)、裸紙/GCOOH (B)及其對應的橫截面圖(C)和裸紙/GCOOH/AuPs (D)的SEM圖像。對應的EDX光譜(E)和元素含量表。
圖3. 添加目標Hsp16.3 (30 ng/mL)和0.5% (w/v) BSA作為陰性對照后，裸/GCOOH/AuPs/抗體(Ab)/BSA的SWV響應(A)。測定空白抗原和目標抗原的電流響應(ΔI)差異(B)。改性PAD的循環伏安圖(C)和Nyquist圖(D)逐級比較。掃描速率為50 mV s
-1。對于EIS，采用調整后的條件:頻率范圍為100 kHz ~ 0.01 Hz，電勢為0.1 V，擾動幅度為0.01 V。反應溶液為5 mM ，溶于0.1 M KCl。
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圖4. 在5 mM 存在下，用不同濃度(0.01 ~ 30 ng/mL)的Hsp16.3檢測免疫傳感器的SWV應答(A)。電流響應(ΔI)與Hsp16.3濃度對數的關系(B)。人血清中添加干擾物質(200 ng/mL)對HSP16.3生物傳感器電流響應(ΔI)的影響。裝置的存儲壽命(D)。
圖5. 實際樣品分析得到的伏安圖(A)和電流響應(ΔI) (B)。面板中1-6道SDS-PAGE(15%)樣品，(1)標記物，(2)健康人體血清(HHS) (50:100)， (3) HHS加Hsp16.3 (20 ng/mL) (HHS + Hsp16.3 (20 ng/mL))，(4)潛伏結核-1 (LTBI-1)樣品(2倍稀釋)，(5)LTBI-2樣品(2倍稀釋)和(6)Hisp16.3 (C)。面板中1-6道SDS-PAGE(15%)樣品，(1)標記物，(2)LTBI-1樣品(2倍稀釋)，(3)LTBI-2樣品(2倍稀釋)，(3)LTBI-2樣品(2倍稀釋)，(4)活性結核-1(2倍稀釋)，(5)活性結核-2(2倍稀釋)，(6)Hsp16.3 (D)。
相關研究成果由泰國烏汶大學理學院化學系和化學創新卓越中心Thimpika Pornprom等人于2023年發表在Talanta (https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.125210 )上。原文：Toward the early diagnosis of tuberculosis: A gold particle-decorated graphene-modified paper-based electrochemical biosensor for Hsp16.3 detection
轉自《石墨烯研究》公眾號
