基于r(GQD/GO)纳米杂化材料修饰丝网印刷电极的电化学生物传感器用于甲状腺刺激激素的高灵敏检测

《Bioelectrochemistry》：Biofunctionalized reduced (graphene quantum dots-graphene oxide) nanohybrid modified screen printed electrode for electrochemical detection of thyroid stimulating hormone

本文报道了一种利用还原氧化石墨烯量子点-氧化石墨烯（r(GQD/GO)）纳米杂化材料修饰丝网印刷碳电极（SPCE）构建的高选择性、高灵敏度电化学生物传感器，用于甲状腺刺激激素（TSH）的检测。该生物电极在0.16 V电位下对TSH（1 nIU mL?1-100 μIU mL?1）呈现线性差分脉冲伏安（DPV）响应，检测限低至0.18 nIU mL?1，灵敏度为2.15 μA/decade，在甲状腺功能异常诊断中具有应用潜力。

　　

Highlight

材料与仪器

柠檬酸（CA）、1-芘丁酸N-羟基琥珀酰亚胺酯、氧化石墨烯（GO）、甲状腺刺激激素单克隆抗体（anti-TSH）、甲状腺刺激激素（TSH）、牛血清白蛋白（BSA）、葡萄糖、尿酸、尿素、人血清白蛋白（HSA）、抗坏血酸和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）均购自Sigma-Aldrich（印度）。具有中心碳工作电极、外围碳对电极和片状Ag/AgCl参比电极的丝网印刷碳电极（SPCE）购自Zensor R&D（台湾）。所有电化学测量均使用Autolab PGSTAT 128N恒电位仪（荷兰）在0.1 M磷酸盐缓冲盐水（PBS，pH 7.4，含0.1 M KCl）中进行。

抗TSH-r(GQD/GO)/SPCE的结构与显微学研究

用于制备r(GQD/GO)/SPCE的GQD溶液通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）进行了分析。HRTEM结果显示，在80万倍放大倍数下，可以清晰地看到分布均匀的GQDs，其平均尺寸为2.9 ± 0.3 nm（图2a, b和c），晶格条纹间距约为0.28 nm，对应于石墨烯的特性[31,32]。淡黄色GQD溶液在340 nm激发光下的光致发光（PL）光谱显示，在460 nm处有一个发射峰，并在紫外灯照射下呈现明亮的蓝色发光（图2d）。通过X射线光电子能谱（XPS）分析了GQD/GO和r(GQD/GO)纳米杂化材料的化学状态。GQD/GO的XPS全谱图（图3a）显示了C1s和O1s的特征峰。对C1s谱图进行反卷积拟合（图3b），揭示了不同碳键的存在：C=C/C-C（284.5 eV）、C-O（286.5 eV）、C=O（287.8 eV）和O-C=O（288.8 eV）。与GQD/GO相比，r(GQD/GO)的C1s谱图（图3c）中C-O峰的强度显著降低，表明GO在电化学还原过程中含氧官能团被有效去除。r(GQD/GO)/SPCE的扫描电子显微镜（SEM）图像（图4a）显示了GQD/GO纳米片成功修饰在SPCE表面。与裸露的SPCE（图4b）相比，修饰后的电极表面呈现出更粗糙的形貌。接触角测量用于评估表面的亲疏水性。裸露SPCE的接触角为95.5°（图4c），表明其具有疏水性。GQD/GO修饰后，接触角减小至62.5°（图4d），表明亲水性增加，这归因于GO片层上丰富的含氧官能团。经过电化学还原得到r(GQD/GO)/SPCE后，接触角增大至78.5°（图4e），证实了含氧官能团的减少和表面疏水性的增强。

结论

在本研究中，我们开发了一种电化学生物传感器，采用固定了抗TSH的电活性还原（GQD/GO）纳米杂化材料修饰的SPCE，用于TSH的定量检测。电子显微镜和电化学研究揭示了该生物电极的形态特征和传感性能。系统分析了生物电极对TSH溶液的差分脉冲伏安（DPV）响应，并将其量化为TSH浓度的函数。该生物电极展现出宽线性范围、高灵敏度、低检测限以及良好的特异性，使其在检测与甲状腺功能减退和亢进相关的异常高低TSH水平方面具有潜在的应用价值。