纸基微流控电化学传感器用于汗液中氯离子和尿酸检测及其在氧化应激监测中的应用

本研究针对氧化应激早期诊断中氯离子(Cl?)和尿酸(UA)检测的需求，开发了一种创新型纸基微流控电化学传感器。研究人员通过电沉积银纳米颗粒和还原氧化石墨烯-金纳米颗粒复合材料分别功能化金电极，实现了汗液中Cl?(1-100 mM)和UA(10-500 μM)的高灵敏度检测，在人工汗液中灵敏度分别达1.44 μA mM?1和1.583 μA mM?1。该传感器仅需7 μL样本量，为氧化应激的无创、低成本评估提供了新方案。

　　

在当今医疗诊断技术飞速发展的时代，氧化应激作为一种病理状态日益受到关注。这种状态若不能及时监测识别，可能引发多种严重疾病。汗液作为最容易获取的生物体液之一，含有数百种生物标志物，为健康监测提供了宝贵窗口。然而，传统汗液检测面临诸多挑战：样本收集过程中水分蒸发或皮肤残留物污染会导致浓度值偏高，某些生物标志物稳定性有限需立即检测，且通常需要剧烈运动或药物刺激才能产生足够检测量的汗液。

正是在这样的背景下，来自意大利巴勒莫大学的研究团队在《Talanta》期刊上发表了一项创新研究，他们成功开发出一种纸基微流控电化学传感器，能够同时检测汗液中的氯离子(Cl^?)和尿酸(UA)这两种关键的氧化应激生物标志物。这项技术的突破之处在于解决了传统检测方法面临的样本量需求大、检测成本高、操作复杂等难题。

研究人员采用了几项关键技术方法：首先利用微电子技术制备了包含四电极电化学细胞的硅芯片，然后通过电位沉积法在芯片的金工作电极上分别修饰银纳米颗粒(用于Cl^?检测)和还原氧化石墨烯-金纳米颗粒复合材料(用于UA检测)。此外，团队设计了可更换的纸基微流控组件，并与PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)卡盒集成，构建了完整的检测平台。整个系统通过计时安培法进行性能评估，并在人工汗液中进行验证。

电极修饰与表征

研究人员首先对裸金电极进行了基础表征，通过循环伏安法验证了电极的可逆性。随后，他们通过扫描电子显微镜和能量色散光谱证实了银纳米颗粒的成功沉积，显示颗粒呈多边形且均匀覆盖电极表面，平均尺寸约1微米。对于尿酸检测电极，团队采用电化学共沉积法形成了rGO-AuNPs(还原氧化石墨烯-金纳米颗粒)复合材料，该材料不仅增加了电极比表面积，还提高了电子传输效率。

氯离子传感器的电化学表征

研究发现在磷酸盐缓冲液中，银修饰电极显示出两个特征氧化峰：P1峰对应于银的氧化，P2峰则与AgCl(氯化银)的形成相关。随着Cl^?浓度增加，P2峰电流增大而P1峰减小。传感器在1-100 mM范围内呈现良好线性，灵敏度为1.40 μA mM^?1。在人工汗液中，灵敏度保持1.44 μA mM^?1，表明复杂基质对检测性能影响极小。选择性测试显示，多巴胺、抗坏血酸等常见干扰物均未对检测产生明显影响。

尿酸传感器的电化学表征

对比裸金电极和rGO-AuNPs修饰电极的LSV(线性扫描伏安法)曲线，发现修饰电极在+0.5 V处显示出更高的UA氧化峰电流。校准实验证实修饰电极灵敏度(1.610 μA mM^?1)是裸电极的两倍，检测限低至4.5 μM。在人工汗液中的测试结果与缓冲液高度一致，灵敏度为1.583 μA mM^?1，再次证明基质效应可忽略不计。

纸基微流控平台的传感器电化学性能

将传感器集成到纸基微流控系统后，性能得到进一步提升。对于Cl^?检测，在+0.1 V电位下灵敏度增至3.72 μA mM^?1，且UA的存在不影响检测结果。同样，UA检测在+0.5 V电位下灵敏度达3.74 μA mM^?1，Cl^?的存在也不产生干扰。最重要的是，该平台仅需7 μL样本量即可完成检测，完全满足汗液检测的实际需求。

该研究的结论部分强调，这种传感器系统成功展示了在汗液中同时检测UA和Cl^?的潜力。通过巧妙结合纸基微流控和电化学检测技术，建立了一种可靠且简单的汗液分析方法。特别值得关注的是，该平台具有显著的成本优势，单个器件制造成本约1.15欧元，通过电极再生技术可使单次检测成本降至0.40欧元左右。

这项研究的创新之处在于首次实现了汗液中两种氧化应激标志物的无干扰同步检测，为个性化医疗提供了新的技术路径。未来，研究人员计划将传感器进一步集成到可穿戴平台中，实现UA和Cl^?水平的连续无创监测，并开展在体测试、动态出汗条件评估等深入研究，推动该技术从概念验证走向实际应用。