《Microchemical Journal》：Selective dual-mode graphene oxide-L-tyrosine nanocomposite platform for optical and electrochemical detection of urea and uric acid
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•已开发了一种L-酪氨酸功能化氧化石墨烯（GO-L-Tyr）双模态传感平台，可同时检测尿素（UR）和尿酸（UA）。•GO-L-Tyr纳米复合材料经过UV-Vis、FTIR、Raman光谱、PXRD、XPS、SEM-EDX和FE-SEM等多种表征手段进行了系统分析，证实了功能化
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已开发了一种L-酪氨酸功能化氧化石墨烯（GO-L-Tyr）双模态传感平台，可同时检测尿素（UR）和尿酸（UA）。
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GO-L-Tyr纳米复合材料经过UV-Vis、FTIR、Raman光谱、PXRD、XPS、SEM-EDX和FE-SEM等多种表征手段进行了系统分析，证实了功能化成功及电活性界面的形成。
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该传感器对多种干扰物质（如离子和共存生物分子）具有良好的选择性。在人尿样品检测中准确度较高，尿素回收率为98.2%，尿酸回收率为98.5%和108%。
引言
尽管分析技术取得了进展，但在复杂生物基质中选择性、可靠地检测尿素和尿酸仍然是一项重大挑战[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。体液中的生物标志物提供了关于人体状况的宝贵信息，精确量化对于持续的早期疾病诊断和治疗随访至关重要[6]、[7]。近年来，研究越来越集中于开发灵敏、快速且经济的分析平台，以检测复杂生物环境中的临床相关生物分子[8]、[9]、[10]。在现有的分析技术中，光谱法和电化学方法在生物分子检测方面显示出巨大潜力，因为它们具有高灵敏度、快速响应以及相对易于操作的仪器[11]、[12]。特别是，紫外-可见光谱被广泛用于研究传感材料的光学性质以及纳米复合材料与特定目标分析物之间的反应[8]、[12]、[13]。纳米技术的最新进展通过使用具有独特物理化学性质的纳米结构化材料，显著提升了生物传感性能[14]、[15]、[16]。氧化石墨烯（GO）因其高比表面积、机械稳定性以及丰富的含氧官能团（可进一步进行化学修饰）而备受关注。这些特性使氧化石墨烯成为高性能传感界面的优秀平台[17]、[18]、[19]。功能化可进一步增强氧化石墨烯的催化活性、电导率以及与生物分子的相互作用，促进电极表面与分析物之间的高效电子传递。这些改性的纳米结构为分子识别和吸附提供了有利的微环境。因此，这些改性措施提升了传感系统的灵敏度和选择性[20]、[21]、[22]。
尿素（UR）和尿酸（UA）是具有重要临床意义的生物分子，因为它们在生物体液中的水平与多种代谢和生理疾病密切相关。尿酸是嘌呤代谢的终产物，血液或尿液中尿酸水平升高与痛风、高尿酸血症、肾脏疾病和心脏病等状况相关。因此，准确测定尿酸对于临床诊断和疾病管理至关重要[23]、[24]、[25]、[26]、[27]。生物体液中尿素浓度的升高或降低可指示肾功能不佳、脱水或代谢性疾病[27]、[28]、[29]。在临床应用中识别这些生物分子十分复杂，因为它们在生物系统中往往共存，且在电化学或光谱检测中可能出现信号重叠[25]、[30]。因此，开发具有高灵敏度、选择性和响应性的精密传感材料来检测这些分析物极具吸引力[4]、[31]。在这方面，纳米结构化石墨烯因其可调节的表面化学、高电导率和电子传递能力而展现出卓越的潜力[32]、[33]、[34]。纳米材料工程的最新进展赋予了生物传感平台无与伦比的分析能力，使其能够快速准确地检测与生理和环境过程相关的生物分子，如尿酸和尿素[3]、[4]。除了其生理重要性之外，鉴于尿酸和尿素在临床诊断和医疗保健中的核心作用，其准确测定在先进生物传感系统设计方面也引起了越来越大的兴趣[3]、[4]、[30]。这些生物分子存在于所有生物体液中，包括血液、血清和尿液，且其在病理条件下的水平可能存在显著差异。因此，生物医学研究和诊断依赖于能够以高灵敏度和选择性识别这些分析物的分析技术[3]、[4]、[30]、[35]、[36]、[37]。这些生物分子的传统分析方法，如色谱法、分光光度法和酶学技术，通常需要昂贵的仪器、耗时的样品制备和较长的分析时间[3]、[4]。这些局限性促使开发替代传感策略，以提供快速、灵敏的实时分析。电化学传感因其简单性、快速反应速率、低检测限以及微型化传感装置的可能性而特别具有吸引力。然而，电化学传感器的运行取决于电极表面的物理化学特性；因此，高效电极材料的结构是影响传感性能的关键因素[38]、[39]、[40]。此外，氧化石墨烯上的含氧官能团提供了灵活的化学修饰位点，使定制传感界面具有更高的催化活性和对特定生物分子的选择性[41]。利用石墨烯基纳米材料的独特物理化学性质以及当前的光学和电化学表征工具，有可能开发出高度灵敏的传感器，用于检测多种生物医学诊断分析物。在尿素和尿酸传感领域，导电碳界面具有化学活性识别或催化位点。例如，研究人员最近报道了通过将有催化活性的金属中心与导电碳网络结合（以碳纳米管负载铜配合物的形式）来实现尿素和尿酸检测的多个线性响应范围。同样，经过功能化铜基团修饰的电化学生物炭也被用于创建超灵敏的非酶促尿酸检测传感器，突出了可再生生物质生物炭在基于电化学的生物传感应用中的潜力。尽管取得了重大进展，但大多数报道的系统依赖于单一的电化学传感模式和/或含有金属的催化组分。在本研究中，我们通过在乙酰氯中间体上共功能化氧化石墨烯，随后接枝L-酪氨酸，开发了一种共价工程化的GO-L-Tyr界面，以弥补这一不足。所得表面结合了GO的高界面面积和氧化化学以及L-酪氨酸的氨基、羧基和酚羟基官能团。更重要的是，我们在两种互补的方法中探索了相同的功能化平台：酶辅助紫外-可见检测UR和UA，以及无需尿酸酶的UA直接DPV检测。因此，本工作的主要成就在于设计和分析验证了一种共价功能化的石墨烯界面，使互补的生物化学和直接电化学信号生成机制能够在同一传感平台上运行。这一设计是此前报道的石墨烯、氨基酸功能化石墨烯、碳纳米管和生物炭基传感器的独特替代方案。
在本研究中，我们将GO预活化到GO-Cl，以创建一个高度反应性的支架，从而实现对L-酪氨酸的高效、稳定的共价接枝，形成功能化的GO-L-Tyr纳米材料，通过双传感模式对人体尿液中的尿素和尿酸进行精确定量。我们设计了共价工程化的GO-L-Tyr界面，结合了功能性界面相互作用与高效信号转导，使酶促放大和直接电化学响应能够在单一传感平台上实现。我们使用紫外-可见光谱和电化学方法表征了传感系统及其与目标物质的相互作用。这种方法提供了互补的检测策略，使复杂生物基质（人尿）中的可靠检测成为可能。此外，该平台在存在干扰物质的情况下保持了分析准确性，显示出优异的回收率，适用于真实样品，并为GO-L-Tyr传感平台在人尿中的分析性能及未来潜在应用提供了初步评估的传感策略。
部分内容片段
材料与试剂
所有化学品和试剂均为分析纯，直接使用。L-酪氨酸（99%）、尿酸（99%）、尿素（99%）、抗坏血酸（99.7%）、L-半胱氨酸（99%）、葡萄糖（98.9%）、肌酐（99%）、多巴胺、氯化钠、氯化钾、氯化钙、碳酸氢钠、氯化镁、尿酸酶、脲酶、磷酸二氢钾（KH2PO4）、磷酸氢二钾（K2HPO4）、亚铁氰化钾、聚偏二氟乙烯和炭黑。另外用于
GO和GO-L-Tyr的表征
我们使用UV-Vis、FTIR、Raman光谱、XPS、XRD、EDX-SEM和FE-SEM系统地表征了GO和GO-L-Tyr的结构、化学和形貌特性，以确认功能化成功及其与传感的相关性。如图1A所示，GO在230 nm（C=C的π-π*）和296 nm（C=O的n-π*）处显示峰。在下一步中，与硫酰氯活化后，在253 nm和293 nm处出现峰，表明成功转化为酰氯。220 nm处的峰，
结论
本研究提出了一种功能化石墨烯基传感平台，其中L-酪氨酸修饰的氧化石墨烯（GO）作为通用界面材料，同时实现对尿素和尿酸的光学和电化学检测。表征结果表明，L-酪氨酸处理显著改变了GO的化学、结构和形貌特性，电化学结果表明尿酸在电GO界面处的响应行为得到改善。GO-L-Tyr/脲酶
CRediT作者贡献声明
Suleman Stephen Mshelia：撰写–初稿、验证、方法论、调查、经费获取。Preeti Jain：撰写–审阅与编辑、监督、项目管理、概念构思。
致谢
所有作者感谢Sharda大学管理层提供必要的实验室设施（种子基金编号：SUSF/2024/07）。作者S.S. Mshelia高度感谢尼日利亚陆军大学Biu分校对其博士研究工作的资助。
本稿件无利益冲突声明。
Suleman Stephen Mshelia|Preeti Jain
