Дослідники розробили високочутливий та екологічний сенсор сечової кислоти, використовуючи вуглецеві квантові точки (CQD), синтезовані з лимонного соку, і інтегрували його в платформу поверхневого плазмонного резонансу (SPR) на основі золота.
Сенсор виявляє сечову кислоту в наднизьких концентраціях (0,002 мкМ), перевершуючи традиційні методи швидкості, чутливості та стійкості. Результати дослідження опубліковані у журналі Scientific Reports.
Сечова кислота (СК) - ключовий біологічний маркер, що відіграє роль як продукту метаболізму, так і антиоксиданту. Її концентрація в крові та сечі тісно пов'язана з різними захворюваннями, включаючи подагру, серцево-судинні захворювання та ниркову дисфункцію.
Традиційні методи виявлення, такі як ферментативні аналізи та хроматографія, точні, але часто вимагають дорогих реагентів, тривалої обробки чи спеціалізованого обладнання.
SPR-сенсори – приваблива альтернатива завдяки високій чутливості, відгуку в режимі реального часу та можливості виявлення без використання міток.
Синтез «зелених» наноматеріалів
Дослідники синтезували CQD із лимонного соку без м'якоті гідротермальним методом. Фотолюмінесцентний аналіз (PL) показав, що зразки, оброблені при 180 °C, мали найінтенсивнішу емісію при довжині хвилі близько 450 нм при збудженні 350 нм.
Інфрачервона спектроскопія підтвердила наявність функціональних груп, включаючи аміно, карбоксильні та гідроксильні, які сприяють водорозчинності та біосумісності CQD.
Електронна мікроскопія, що просвічує, показала, що CQD мають переважно сферичну форму з середнім діаметром 4,7 нм.
Ці CQD були нанесені методом центрифугування на золотий шар товщиною 50 нм, нанесений на скляну підкладку, утворюючи чутливий шар товщиною 12 нм. Цей композит золота та CQD служив активним інтерфейсом у SPR-сенсорі.
Оптичне моделювання та розробка шаруватих наноматеріалів
Датчик використовував гелій-неоновий лазер з p-поляризацією на довжині хвилі 632,8 нм, спрямований через призму на плівку золота/CQD.
Проточний осередок наносив різні концентрації СК на поверхню сенсора, а фотодіод вловлював відбите світло. Отримані дані оброблялися синхронним підсилювачем і моделювалися за допомогою програмного забезпечення Winspall на основі рівнянь Френеля.
Моделювання показало, що комплексний показник заломлення шару золота/CQD становить приблизно 1,6014 + 3,7i. Сам шар CQD мав показник заломлення (n) 1,343 та коефіцієнт екстинкції (k) 0,1137.
Зі збільшенням концентрації СК показник заломлення та товщина шару CQD трохи збільшувалися, що вказує на адсорбцію СК на чутливій поверхні – ключовий фактор чутливості системи.
Чутливість, межі виявлення та аналіз зв'язування
SPR-сенсор продемонстрував чіткий та лінійний відгук у діапазоні концентрацій сечової кислоти від 0,05 до 1 мкМ.
Межа виявлення становить 0,002 мкМ, що значно нижче, ніж у багатьох наявних сенсорів сечової кислоти. Крива відгуку виявила дві точні області чутливості: від 0 до 0,1 мкМ чутливість склала 3,968 ° на мкМ, а від 0,1 до 1,0 мкМ вона знизилася до 0,4098 ° на мкМ.
Це зниження зумовлювалося ефектом насичення поверхні при вищих концентраціях аналіту.
Зв'язувальна взаємодія між UA і CQD була змодельована з використанням ізотерми Ленгмюра, що дало константу зв'язування 6,95 MM-1 для плівки з CQD, що значно вище за значення 0,94 MM-1, виміряного для поверхні, що містить тільки золото.
Ці результати підтверджують, що CQD лимонного кольору значно збільшили спорідненість плівки до молекул СК.
Селективність та роль квантових точок, отриманих з лимона, у виявленні сечової кислоти
Хоча прямі випробування селективності щодо потенційних речовин, що заважають, не проводилися, автори припускають, що функціональні групи на поверхні CQD, зокрема амінні та карбоксильні групи, ймовірно, сприяють специфічному зв'язуванню за допомогою електростатичних взаємодій і водневих зв'язків.
Ці властивості поверхні у поєднанні з чутливістю сенсора вказують на перспективний потенціал для клінічного та екологічного застосування.
Автори зазначають, що у майбутніх дослідженнях буде вивчено селективність сенсора у складніших умовах та підтверджено його ефективність з використанням реальних біологічних зразків.
