基于石墨烯集成Kapton的柔性高灵敏度等离子体传感器用于尿酸检测研究

研究人员针对现有尿酸(UA)生物传感器存在灵敏度低、选择性差、保质期短等问题，开发了一种基于Kretschmann构型的低成本柔性等离子体传感器。通过用Kapton基底替代传统SF11玻璃芯片，并集成1-3层石墨烯(GiF)增强灵敏度，结合尿酸酶(uricase)功能化，实现了0.0810nm/μM的高灵敏度和11.450μM的低检测限。该研究为开发便携式、可穿戴生物传感器提供了新思路。

　　

尿酸(UA)作为嘌呤代谢的终产物，其血液浓度异常与痛风、肾结石等多种疾病密切相关。目前临床检测尿酸的方法普遍存在设备昂贵、操作复杂等问题，而现有生物传感器又面临灵敏度不足、稳定性差等挑战。特别是传统表面等离子体共振(SPR)传感器依赖SF11、BK7等特殊玻璃基底，导致成本居高不下。如何开发兼具高灵敏度、低成本和便携性的尿酸检测技术，成为当前生物传感领域亟待解决的关键问题。

针对这一挑战，来自未知机构的研究团队在《Sensors and Actuators Reports》发表创新成果。研究人员提出用柔性Kapton薄膜替代传统玻璃基底，通过集成石墨烯层(GiF)和尿酸酶功能化，开发出新型柔性等离子体传感器。该研究通过巧妙设计实现了性能突破，为便携式医疗检测设备的发展开辟了新途径。

研究采用四个关键技术方法：1）热蒸发法制备47nm金膜修饰的Kapton柔性基底；2）湿法转移1-3层商业石墨烯；3）EDC/NHS化学法固定尿酸酶；4）自建Kretschmann构型SPR光学检测系统。所有实验均在严格控制的环境条件下进行，确保了数据可靠性。

在"表面表征"部分，研究通过拉曼光谱证实了石墨烯层的成功整合，特征G带(1580cm^-1)和2D带(2690cm^-1)峰明显。傅里叶变换红外光谱(FTIR)在540cm^-1处检测到Au-O键，1631cm^-1处出现NH₂特征峰，证实了尿酸酶的成功固定。光学显微镜显示尿酸酶颗粒均匀分布在石墨烯表面，其中单层石墨烯芯片负载量最高。

"光学性能分析"部分显示，单层石墨烯集成芯片表现出最佳性能。在0-200μM浓度范围内灵敏度达0.0810nm/μM，200-1000μM范围仍保持0.0171nm/μM的灵敏度，检测限低至11.450μM。相比之下，无石墨烯芯片的灵敏度仅为0.04428nm/μM（0-200μM）和0.0154nm/μM（200-1000μM）。这种性能提升归因于石墨烯的大比表面积增强了生物分子吸附能力。

"重复性和选择性测试"结果令人振奋。单层石墨烯芯片在4个月内重复使用8次，平均灵敏度仅下降0.0035nm/μM。选择性实验显示，该传感器对尿酸的特异性响应(39.97nm波长偏移)显著高于其他干扰物(L-谷胱甘肽等)。免疫实验进一步证实，即使存在80%干扰物，传感器仍能准确识别尿酸。

这项研究通过三个关键创新解决了行业痛点：1）用Kapton替代SF11玻璃，成本降低90%以上；2）石墨烯集成使灵敏度提升近1倍；3）柔性设计支持可穿戴应用。特别值得注意的是，该传感器检测限(11.450μM)远低于临床异常阈值(601.26μM)，完全满足早期诊断需求。

从临床应用角度看，这项技术突破具有三重意义：首先，为痛风等代谢疾病提供了便捷的居家监测方案；其次，柔性设计可集成到智能手环等穿戴设备中；最后，该平台技术可拓展至其他生物标志物检测。研究人员特别指出，通过优化石墨烯层数和酶固定工艺，未来还有望进一步提升性能。

这项研究不仅实现了技术指标的突破，更开创了柔性等离子体传感的新范式。正如作者强调的，GiF芯片的"按需裁剪"特性为定制化医疗设备开发提供了无限可能。随着进一步优化，这类传感器有望在个性化医疗和远程健康监测领域发挥重要作用，最终实现"实验室级性能，消费级价格"的愿景。