导读
尿酸(UA)是诊断和管理各种健康状况的重要生物标志物，包括心血管疾病、痛风、肾脏疾病、代谢综合征和伤口愈合等。尽管可穿戴传感器技术取得了重大进展，但在开发具有高灵敏度、选择性和稳定性的可穿戴传感器方面仍然存在挑战。该研究展示了一种新型单原子材料(SAMs)增强的表皮传感平台，实现了灵活且正交性电化学检测尿酸。研究设计与合成了一种具有Fe-N5活性位点的SAM来增强电化学传感信号，并将其与激光雕刻石墨烯(LEG)集成制造了一种基于SAM的尿酸可穿戴贴片传感器，与传统纳米材料传感器相比，该设计提供了优越的尿酸检测性能。此外，通过结合差分脉冲伏安法（DPV）直接氧化和并行生物催化安培检测的正交方法，可更好地提高检测精度和范围。研究最后测试了摄入富含嘌呤的饮食前后受试者汗液中的尿酸水平，展现了基于SAM的可穿戴尿酸正交传感器贴片的优异检测性能。
图文摘要
01. 介绍
图1. a SAM基尿酸贴片传感器的设计示意图，展示了在工作电极1（WE 1）和工作电极2（WE 2）处的正交检测（i）及Fe-N5 SAM（ii）；b 激光雕刻石墨烯（LEG）的扫描电子显微镜（SEM）图像；c 正交（阳极和生物催化）尿酸检测的原理。d SAM基尿酸贴片传感器的照片。比例尺：1 cm。
02.结果和讨论
图2. a Fe-N5 SAM及参考样品的XANES光谱；b Fe-N5 SAM的FT-EXAFS光谱及参考样品的FT-EXAFS光谱；c Fe-N5 SAM在R空间中的FT-EXAFS拟合曲线；d Fe-N5 SAM的WT表示图；e Fe-N5 SAM的N 1s XPS光谱；f 对应的N配置百分比；g STEM-BF图像；h HAADF-STEM图像，以及i Fe-N5 SAM的EDS映射。
图3. a WE 1在不同尿酸浓度下的差分脉冲伏安（DPV）图；b 峰电流与尿酸浓度（10–500 µM）之间的关系；c WE 1传感器的重复性测试，进行了10次连续测量，每次加入300 µM尿酸；d WE 1传感器在每个尿酸浓度下的两次交替添加的重复性研究，尿酸浓度范围为50–500 µM；e WE 1传感器在不同尿酸浓度（从50 µM增加到500 µM，随后逐渐稀释回50 µM）下的动态响应校准研究；f 可能干扰物质对WE 1传感器响应的影响；g 从5 µM到300 µM尿酸浓度的计时安培图；h 平台电流与尿酸浓度之间的线性关系；i 对5 µM尿酸的电化学响应稳定性进行了10次评估。
图4. a 佩戴基于SAM的尿酸贴片传感器的受试者照片，包括骑自行车时（i）以及身体各个部位的佩戴位置：（ii）额头，（iii）颈部和（iv）手臂；b 不同身体部位的汗液尿酸水平监测结果；c-e 不同受试者在富含嘌呤的饮食前后汗液尿酸水平的变化；f 一名健康受试者在食用高嘌呤饮食前后6小时内的尿酸浓度动态变化。
设计了一种具有Fe-N5活性位点的新型单原子材料（SAM），与激光雕刻的石墨烯电极结合，以提升尿酸（UA）的高灵敏度检测。
制造的基于SAM的尿酸贴片传感器展现了良好的柔韧性和可穿戴性。
采用正交检测方法，将差分脉冲伏安法与生物催化安培检测相结合，以实现尿酸测量的增强准确性和选择性。
基于SAM的尿酸贴片传感器已成功用于体表汗液尿酸检测，展示了其在可穿戴应用中的实用性。
作者：赵月棠
审核：方 俊
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https://link.springer.com/article/10.1007/s44258-024-00027-1
引用格式
Ding, S., Li, S., Lyu, Z. et al. Single-atom materials boosting wearable orthogonal uric acid detection. Med-X 2, 12 (2024). https://doi.org/10.1007/s44258-024-00027-1
作者简介
Shichao Ding，目前是加州大学圣地亚哥分校的博士后研究员。于2018年获得西北工业大学的硕士学位，并于2022年获得华盛顿州立大学（导师：林跃和教授）的博士学位。他的研究重点包括基于功能性纳米材料（特别是单原子催化剂）的电催化、酶样催化、生物传感、药物递送和可穿戴电子设备。
Yuehe Lin，华盛顿州立大学教授，太平洋西北国家实验室的实验室研究员。他有约300篇出版物和超过10项专利，总引用次数约为25,000次，H指数为82。他的研究领域包括纳米科学与纳米技术、纳米医学、生物分析化学、能源存储与转换、环境监测与修复。
Joseph Wang，加州大学圣地亚哥分校（UCSD）化学与纳米工程学的SAIC讲席教授，可穿戴传感器中心主任。他的研究领域为纳米生物电子学和纳米机器人领域，包括纳米马达、纳米机器人和纳米驱动器、纳米尺度条形码、纳米医学、可穿戴体感传感器和生物燃料电池、蛋白质和核酸的生物电子检测、微加工、纳米结构的自组装、微流控设备（芯片实验室）等等。他的研究成果极大地提升了纳米机器的功能和应用范围，对可穿戴传感器的领域、纳米材料在生物分析中的应用以及电分析技术的日益普及产生了重大影响。
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