基于漆酶纳米颗粒修饰铅笔石墨电极的高灵敏度神经递质电化学生物传感器的研制及其应用

本研究针对神经递质（如多巴胺、肾上腺素等）检测中传统方法成本高、操作复杂的问题，开发了一种基于漆酶纳米颗粒（Lac-NPs）修饰铅笔石墨电极（PGE）的新型安培生物传感器。该传感器具有高灵敏度（2320.0 μA/mM cm2 ）、低检测限（0.12 μM）和宽线性范围（0.1–800.0 μM），在帕金森病等神经退行性疾病的早期诊断和实时监测中展现出重要应用价值。

　　

在神经生物学和临床诊断领域，神经递质如多巴胺（dopamine）、肾上腺素（epinephrine）和去甲肾上腺素（noradrenaline）的精准检测一直是研究热点。这些被称为儿茶酚胺（catecholamines）的小分子不仅是情绪调节和心血管功能的关键信使，其异常水平还与帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病密切相关。然而，传统检测方法如色谱法和免疫分析法虽精度高，却因设备昂贵、操作繁琐难以普及。更令人头疼的是，现有电化学传感器常依赖贵金属电极或复杂修饰工艺，成本与性能难以兼得。

针对这一难题，来自迪恩班杜·乔图·拉姆科学技术大学的研究团队另辟蹊径，将目光投向了一种真菌来源的漆酶（laccase）。这种含铜氧化酶能高效催化儿茶酚胺的氧化反应，但天然酶易失活的特性限制了其应用。研究团队创新性地将漆酶转化为纳米颗粒（Lac-NPs），并首次将其与成本仅为几分钱的铅笔石墨电极（PGE）结合，打造出一款性能卓越的生物传感器。这项发表在《Journal of Biotechnology》的研究，不仅为神经递质检测提供了新工具，更开辟了低成本生物传感器设计的新思路。

研究团队运用了四项关键技术：1）通过去溶剂法合成半胱氨酸功能化的漆酶纳米颗粒（Lac-NPs），并采用透射电镜（TEM）、动态光散射（DLS）等技术表征其理化性质；2）将Lac-NPs共价固定于铅笔石墨电极表面，利用扫描电镜（SEM）观察形貌特征；3）通过循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）优化传感器电化学性能；4）使用真实药物样本验证传感器的实际检测能力。

描述性分析验证Lac-NPs特性
紫外光谱显示Lac-NPs在280 nm处吸收峰增强，证实其纳米级尺寸效应；高分辨透射电镜（HR-TEM）测得平均粒径为172 nm，zeta电位-18.7 mV表明良好分散性。傅里叶变换红外光谱（FTIR）中1650 cm^-1
处的酰胺键特征峰，证实纳米化未破坏酶蛋白结构。

电化学性能的突破性提升
相比裸电极，Lac-NPs/PGE在CV测试中对儿茶酚胺的氧化峰电流提升6倍，电子转移速率常数（k_s
）达3.72×10^-3
cm/s。优化后传感器在pH 5.0、35°C条件下，响应时间仅3秒，连续使用200次后仍保持95%活性，远超同类报道。

实际样本检测的卓越表现
传感器对多巴胺的检测限低至0.12 μM（信噪比S/N=3），灵敏度高达2320.0 μA/mM cm²
，且能有效区分结构相似的肾上腺素、去甲肾上腺素。在药剂回收实验中，94%-99%的回收率证实其临床适用性。

这项研究通过纳米酶技术与低成本电极的巧妙结合，实现了三大突破：1）首次证实漆酶纳米颗粒可显著提升PGE的检测性能，灵敏度达到贵金属电极水平；2）建立了一种普适性的酶纳米颗粒固定化方法，为其他生物传感器设计提供参考；3）验证了该传感器在复杂生物样本中的可靠性，为神经退行性疾病的早期筛查提供了可能。正如作者在讨论中指出，这种"纳米酶+日常材料"的创新策略，或将推动便携式诊断设备的发展，让高端检测技术走出实验室，惠及更广泛人群。