结核病目前仍然是一种威胁生命的主要疾病，因为如果治疗不当或不及时，它可能是致命的。在此，我们首先描述了一种基于金颗粒修饰的羧基石墨烯(AuPs/GCOOH)改性电极的一次性、高性价比的纸基电化学生物传感器，用于检测热休克蛋白(Hsp16.3)，这是一种指示结核感染发病的特定生物标志物。该装置图案最初是为了方便检测程序而设计的，并使用蜡染技术打印在低成本滤纸上，以创建疏水和亲水区域。免疫测定以半三明治的形式进行，因为它是一种少试剂的方法，不需要标记步骤。免疫传感器的制备从GCOOH滴铸，电化学沉积AuPs开始，并利用1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺(EDC)/ N -羟基琥珀酰亚胺(NHS)-磺胺标准化学建立针对Hsp16.3的生物识别层。Hsp16.3的出现导致使用[Fe (CN)6]3−/4−的氧化还原探针的电化学信号响应显著降低，这是由于所产生的免疫复合物具有绝缘特性。GCOOH可以直接固定抗体，而AuPs可以增强传感器的电化学性能。该免疫传感器虽然只需要极小的样品体积(5 μL)，但在检测限方面性能优异，检测限为0.01 ng/mL。我们的平台被证实对Hsp16.3具有高度特异性，并且可以快速检测结核病感染的血清，而无需任何预富集(20 min)，使其成为一种替代方法，特别适用于资源稀缺国家的结核病早期诊断。
图1. 利用所研制的电化学免疫传感装置制备Hsp16.3的过程(A)、工作操作和电化学测量(B)。
图2. 裸纸(A)、裸纸/GCOOH (B)及其对应的横截面图(C)和裸纸/GCOOH/AuPs (D)的SEM图像。对应的EDX光谱(E)和元素含量表。
图3. 添加目标Hsp16.3 (30 ng/mL)和0.5% (w/v) BSA作为阴性对照后，裸/GCOOH/AuPs/抗体(Ab)/BSA的SWV响应(A)。测定空白抗原和目标抗原的电流响应(ΔI)差异(B)。改性PAD的循环伏安图(C)和Nyquist图(D)逐级比较。扫描速率为50 mV s-1。对于EIS，采用调整后的条件:频率范围为100 kHz ~ 0.01 Hz，电势为0.1 V，扰动幅度为0.01 V。反应溶液为5 mM [Fe (CN)6]3−/4−，溶于0.1 M KCl。
图4. 在5 mM [Fe (CN)6]3−/4−存在下，用不同浓度(0.01 ~ 30 ng/mL)的Hsp16.3检测免疫传感器的SWV应答(A)。电流响应(ΔI)与Hsp16.3浓度对数的关系(B)。人血清中添加干扰物质(200 ng/mL)对HSP16.3生物传感器电流响应(ΔI)的影响。装置的存储寿命(D)。
图5. 实际样品分析得到的伏安图(A)和电流响应(ΔI) (B)。面板中1-6道SDS-PAGE(15%)样品，(1)标记物，(2)健康人体血清(HHS) (50:100)， (3) HHS加Hsp16.3 (20 ng/mL) (HHS + Hsp16.3 (20 ng/mL))，(4)潜伏结核-1 (LTBI-1)样品(2倍稀释)，(5)LTBI-2样品(2倍稀释)和(6)Hisp16.3 (C)。面板中1-6道SDS-PAGE(15%)样品，(1)标记物，(2)LTBI-1样品(2倍稀释)，(3)LTBI-2样品(2倍稀释)，(3)LTBI-2样品(2倍稀释)，(4)活性结核-1(2倍稀释)，(5)活性结核-2(2倍稀释)，(6)Hsp16.3 (D)。
相关研究成果由泰国乌汶大学理学院化学系和化学创新卓越中心Thimpika Pornprom等人于2023年发表在Talanta (https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.125210 )上。原文：Toward the early diagnosis of tuberculosis: A gold particle-decorated graphene-modified paper-based electrochemical biosensor for Hsp16.3 detection
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