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研究内容
将酶生物燃料电池与生物传感平台相结合的自供电传感系统(SPSS)引起了人们的极大兴趣。然而，天然酶具有酶和酶蛋白的固有缺点。具有类酶活性的纳米酶是酶的理想替代品，探索用于SPSS的高性能纳米酶生物燃料电池具有很大的挑战性。
华中师范大学朱成周开发了先进的纳米酶生物燃料电池使能SPSS，用于前列腺特异性抗原(PSA)的灵敏检测，其中由氮掺杂碳支撑的Ir单原子和Au纳米酶分别用作正极和负极。基于优异的电化学活性和稳定性，所得纳米生物燃料电池比基于Pt/C的电池表现出更高的功率输出和开路电位，这有利于SPSS的应用。纳米酶生物燃料细胞化SPSS显示出0.2-500 ng mL-1的宽检测范围，PSA的检测限为62 pg mL-1。相关工作以“Nanozymatic Biofuel Cell-Enabled Self-Powered Sensing System for a Sensitive Immunoassay”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。
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研究要点
要点1.作者通过一步热解策略获得IrSA-NC纳米酶，IrSA-NC纳米酶作为正极用于还原O2和Au纳米酶负极用于氧化葡萄糖组成了生物燃料电池(BFC)，进一步构建了自供能传感系统(SPSS)，用于检测前列腺特异性抗原(PSA)。
要点2.IrSA-NC显示出优异的ORR活性，在中性介质中表现出比商业Pt/C高得多的性能。与Au纳米酶负极结合，以IrSA-NC为正极的纳米酶BFC显示出82 μW cm-2的最大功率密度(Pmax)，开路电位(OCP)为0.52 V，优于基于Pt/C的BFC。
要点3.作者构建的基于BFC-SPSS的三明治型纳米酶联免疫吸附测定法，可实现对微量PSA的信号放大和超灵敏传感。线性范围(0.2-500 ng mL-1)，检测下限(62 pg mL-1)。
该工作不仅促进了能量相关器件和生物传感器之间的交叉融合，而且扩大了SA纳米酶在电化学生物传感器领域的应用范围。
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研究图文
图1.（A）正极纳米酶的制备示意图和（B）SPSS对PSA的检测机制。
图2. IrSA-NC的表征。
图3. IrSA-NC、NC和商业Pt/C（A）在O2饱和的0.1 M PBS溶液中，在1600 rpm下的LSV和（B）Tafel斜率。（C）IrSA-NC在10000次循环前后的ORR极化曲线。（D）没有和有20 mM葡萄糖的Au纳米酶的LSV。（E）以IrSA-NC和Pt/C为正极的纳米BFC的功率密度和（F）OCP。
图4.（A）BFC上Ab1(蓝)、PSA-Ab1(黑)和Au-Ab2/PSA-Ab1(红)的EIS。（B）在存在不同浓度(0.2至500 ng/mL-1)的PSA的情况下，纳米酶BFC的功率密度曲线启用了SPSS。（C）纳米酶BFC中PSA浓度的Pmax和对数之间的线性关系启用SPSS。（D）纳米酶BFC的选择性。
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文献详情
Nanozymatic Biofuel Cell-Enabled Self-Powered Sensing System for a Sensitive Immunoassay
Xin Luo,a∥ Zhen Luo,a∥ Shentian Li, Qie Fang, Weiqing Xu, Hengjia Wang, Yongze Wang, Guang-Ming Bao, Wenling Gu, Chengzhou Zhu*
Anal. Chem.
DOI: https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01576
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