基于Arduino便携式纳米酶增强型比色葡萄糖生物传感器的开发与应用

为解决传统酶传感器稳定性差、成本高的问题，研究人员开发了基于肌酐-硫脲-FeCl3纳米颗粒（CTF-NPs）的便携式比色葡萄糖生物传感器。该研究通过一步热解法合成具有增强过氧化物酶活性的N/S/Fe共掺杂纳米酶，结合Arduino RGB传感器实现10-700 μM H2O2和100-600 μM葡萄糖的高灵敏度检测，在血清样本中验证了其临床适用性，为糖尿病管理提供了新型POCT（即时检测）解决方案。

　　

糖尿病管理亟需低成本、高稳定性的检测手段，而传统酶传感器易受环境因素影响且制备成本高昂。针对这一挑战，研究人员开发了一种创新解决方案——基于肌酐（Creatinine）衍生的纳米酶系统，通过模拟天然过氧化物酶（HRP）的催化活性，结合便携式光学检测技术，实现了葡萄糖的精准监测。

这项发表于《Talanta Open》的研究，由国内研究团队采用一步热解法合成肌酐-硫脲-FeCl₃纳米颗粒（CTF-NPs），利用扫描电镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）等技术证实其N/S/Fe共掺杂结构。通过优化反应条件（pH 4.0，40°C，10分钟），建立双酶级联系统：葡萄糖氧化酶（GOx）催化产生H₂O₂，CTF-NPs介导邻苯二胺（OPD）氧化显色，最终通过TCS34725 RGB传感器实现定量检测。

3.1 结构表征
SEM显示CTF-NPs具有层状立方体形貌，EDX证实C/N/S/Fe均匀分布（图1-2）。FT-IR在3300 cm^-1出现O-H/N-H特征峰，XRD衍射峰表明晶体结构（图3-4），UV-Vis在280-330 nm显示π-π*跃迁（图5），证实异质原子成功掺杂。

3.2 催化机制
CTF-NPs通过Fe³⁺介导Fenton-like反应催化OPD氧化（Scheme 2），生成黄色产物2,3-二氨基吩噻嗪（DAP），450 nm处吸光度与H₂O₂浓度线性相关（图6）。

3.4 检测性能
H₂O₂检测线性范围10-700 μM（LOD 3.09 μM，r=0.9975），葡萄糖检测范围100-600 μM（r=0.9953）（图7,10）。Km（0.819 mM）和V_max（2.19×10^-3 μM/min）优于FeCu@CDs等参照体系（表1）。

3.9 实际应用
在加标血清中回收率达90%，与商用试剂盒结果无显著差异（p=0.21）。抗干扰实验显示，400 μM抗坏血酸等物质响应率<6%（表4），Arduino传感器重复性RSD<1.8%。

该研究创新性地将生物活性分子前体转化为高效纳米酶，其优势体现在三方面：一是采用肌酐等廉价原料，通过SiO₂模板法构建多孔结构；二是异质原子协同作用提升催化效率，Km值较贵金属纳米酶降低4倍；三是集成微型光学传感器，实现无需专业仪器的床边检测。这种"纳米酶+物联网"的策略，为慢性病管理提供了兼具准确性（误差±0.08 mM）和可及性（成本<50美元）的新范式。