基于氮化碳/金纳米粒子异质结构修饰电化学传感器用于唾液尿酸无创检测及其临床应用价值

《Sensing and Bio-Sensing Research》：Electrochemical sensor modified with heterostructure of graphitic carbon nitride/gold nanoparticles for non-invasive uric acid detection in saliva

本研究针对唾液尿酸（UA）检测中存在的选择性差、干扰物多等问题，开发了一种基于金纳米粒子-石墨相氮化碳（Au-NPs@g-C3N4）复合物修饰碳糊电极的新型电化学传感器。该传感器实现了0.5-10.0 μM的线性检测范围，检测限低至0.31 μM，并展现出优异的抗干扰能力和稳定性，为无创、快速的POCT诊断提供了可靠平台。

　　

尿酸（UA）作为嘌呤代谢的最终氧化产物，在人体内扮演着双重角色：既是重要的抗氧化剂，能够中和活性氧物种（ROS）并保护生物分子免受氧化损伤，又与多种病理状况密切相关。当尿酸浓度失调时，可能导致痛风、心血管疾病、代谢综合征、2型糖尿病甚至神经退行性疾病的发生。传统血液检测虽然准确，但存在侵入性操作需要专业人员进行采样、存在感染风险等局限性。

相比之下，唾液作为一种非侵入性的诊断介质，具有采集无痛、储存简便、处理要求低等突出优势。研究表明，唾液中的尿酸浓度与系统性尿酸水平具有相关性，使其成为现场快速诊断（POCT）的理想生物流体。然而，唾液的复杂成分给检测带来巨大挑战——其中含有的抗坏血酸、葡萄糖、多巴胺、肌酐等电活性干扰物会产生重叠氧化峰，而蛋白质等物质可能导致电极污染，严重影响检测的准确性和重复性。

为了解决这些难题，来自埃及十月六日大学药学系分析化学系的研究团队在《Sensing and Bio-Sensing Research》上发表了一项创新研究，他们开发了一种基于金纳米粒子-石墨相氮化碳异质结构（Au-NPs@g-C₃N₄）修饰碳糊电极的电化学传感器，实现了唾液中尿酸的高灵敏、高选择性无创检测。

研究人员采用原位还原法构建了纳米复合材料，通过扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等技术对材料进行了系统表征，并利用差分脉冲伏安法（DPV）和电化学阻抗谱（EIS）评估了传感器的电化学性能。研究使用人工唾液样本进行方法验证，严格遵循国际人用药品注册技术协调会（ICH）指南评估了线性范围、精密度和灵敏度等分析指标。

材料表征结果显示：

通过SEM和HRTEM分析证实，金纳米粒子（尺寸4-7 nm）均匀分布在g-C₃N₄纳米片上，SAED图谱显示其多晶性质。EDX光谱清晰显示了C、N、O和Au元素的存在，证明金纳米粒子成功负载到g-C₃N₄基底上。BET分析表明Au-NPs@g-C₃N₄复合材料具有更高的比表面积和孔体积（0.5786 cm3/g），优于纯g-C₃N₄（0.5328 cm3/g），这种改善的织构特性有利于质量传递和活性位点暴露。

电化学性能研究显示：

循环伏安（CV）测试表明，Au-NPs@g-C₃N₄/CPE在[Fe(CN)₆]^3?/[Fe(CN)₆]^4? redox体系中的峰电流显著高于裸CPE，电化学活性表面积从0.09 cm2增加到0.29 cm2。EIS分析显示改性电极的电荷转移电阻（R_ct）从569 Ω降低到487 Ω，证明复合材料有效增强了电子转移效率。

参数优化实验表明：

在pH 7.4的Britton-Robinson缓冲液中，传感器性能最优。扫描速率研究表明尿酸氧化过程主要受扩散控制，但也有吸附过程参与。DPV参数优化确定最佳脉冲振幅为0.06 V，脉冲宽度为0.075 s，脉冲周期为0.3 s。

分析性能评估显示：

传感器在0.5-10.0 μM浓度范围内呈现良好线性关系（r = 0.9943），检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.31 μM和0.94 μM。准确度达到100.14±0.99%，日内和日间精密度RSD分别低于1.54%和1.98%。选择性测试表明，抗坏血酸、肌酐和葡萄糖等常见干扰物对尿酸检测几乎无影响。

实际应用验证：

在人工唾液样本中，传感器对2.0-10.0 μM浓度范围的尿酸回收率达到95.56%-98.27%，RSD低于1%，证明了其在复杂生物基质中的可靠性。

与现有技术的比较显示：

Au-NPs@g-C₃N₄/CPE在唾液尿酸检测方面表现出竞争优势。与文献报道的Fe₃O₄@SiO₂/GO/GCE（0.07 μM LOD）、CNQDs/f-CNT（0.17 μM LOD）等传感器相比，本研究开发的传感器不仅具有较低的检测限，还特别针对唾液样本进行了优化，避免了其他方法主要局限于缓冲液或血清矩阵的不足。

研究的创新价值在于：

这是首次将Au-NPs@g-C₃N₄复合材料应用于唾液尿酸检测，拓展了该类电极从环境和食品监测向临床诊断工具的转化应用。传感器结合了g-C₃N₄的高比表面积、稳定性和Au-NPs的优异催化活性与导电性，实现了协同增强效应。方法无需复杂样本前处理，操作简便，成本低廉，特别适合在资源有限的环境中使用。

这项研究为无创尿酸监测提供了强有力的技术平台，不仅有助于痛风的早期诊断和监测，也为代谢综合征、心血管疾病和神经退行性疾病的风险评估提供了新途径。传感器的成功开发标志着向实用化、临床相关的POCT诊断工具迈出了重要一步，具有显著的临床应用价值和市场潜力。