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Elektrochemischer Cortisol-Biosensor im Speichel auf Basis von Zinndisulfid-Nanoflocken

Zusammenfassung

Cortisol, ein Steroidhormon, wird vom Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-System sezerniert. Es ist ein bekannter Biomarker für psychischen Stress und wird daher als „Stresshormon“ bezeichnet. Bei anhaltender und wiederholter Cortisol-Überexpression kommt es schließlich zu einer Dysfunktion der Cortisol-Regulierung. Daher ist ein schneller Point-of-Care-Assay zum Nachweis von Cortisol erforderlich. Die elektrochemische Speichel-Cortisol-Analyse ist eine nicht-invasive Methode, die potenziell nützlich ist, um eine schnelle Messung des Cortisolspiegels zu ermöglichen. In dieser Studie wurden mehrschichtige Filme mit zweidimensionalen Zinndisulfid-Nanoflocken, Cortisol-Antikörper (C-Mab ) und Rinderserumalbumin (BSA) wurden auf Glaskohlenstoffelektroden (GCE) als BSA/C-Mab . hergestellt /SnS2 /GCE und charakterisiert unter Verwendung elektrochemischer Impedanzspektroskopie und zyklischer Voltammetrie. Die elektrochemischen Reaktionen des Biosensors als Funktion der Cortisolkonzentrationen wurden unter Verwendung von zyklischer Voltammetrie und differentieller Pulsvoltammetrie bestimmt. Dieser Cortisol-Biosensor zeigte einen Nachweisbereich von 100 pM bis 100 μM, eine Nachweisgrenze von 100 pM und eine Empfindlichkeit von 0,0103 mA/Mcm 2 (R 2 =0,9979). Schließlich korrelierten die Cortisolkonzentrationen in authentischen Speichelproben, die unter Verwendung des entwickelten elektrochemischen Systems erhalten wurden, gut mit Ergebnissen, die unter Verwendung von Enzyme-linked Immunosorbent Assays erhalten wurden. Dieser Biosensor wurde erfolgreich hergestellt und für den elektrochemischen Nachweis von Speichelkortisol über physiologische Bereiche basierend auf der Spezifität der Antikörper-Antigen-Wechselwirkungen verwendet.

Einführung

Cortisol, ein Steroidhormon, wird vom Hypothalamus-Hypophysen-Nebennieren-(HPA)-System ausgeschüttet. Es ist ein bekannter Biomarker für psychischen Stress und wird daher als „Stresshormon“ bezeichnet [1, 2]. Der Cortisolspiegel folgt einem zirkadianen Rhythmus über einen 24-Stunden-Zyklus; die höchsten Werte werden am frühen Morgen beobachtet und die Werte nehmen in der Nacht allmählich ab [3,4,5,6]. Ein zu hoher Cortisolspiegel kann Morbus Cushing mit Symptomen von zentraler Fettleibigkeit, violetten Striae und proximaler Muskelschwäche verursachen. Ein reduzierter Cortisolspiegel kann jedoch zu Morbus Addison mit chronischer Müdigkeit, Unwohlsein, Anorexie, posturaler Hypotonie und Hypoglykämie führen [7,8,9]. Daher ist die Aufrechterhaltung eines angemessenen Cortisol-Gleichgewichts für die menschliche Gesundheit unerlässlich.

Es hat sich ein wachsendes Interesse an der Messung von Cortisol als Vorstufe medizinisch und psychologisch relevanter Ereignisse entwickelt, von denen das jüngste Leiden die Posttraumatische Belastungsstörung (PTSD) ist. Die Bedeutung der aberranten HPA-Achsenfunktion bei PTSD ist unbestritten; daher sind traditionelle Bewertungsmethoden immer noch in der Lage, zahlreiche Beweise und Informationen zu liefern [10,11,12,13,14]. In letzter Zeit haben viele Studien über die Bedeutung des Cortisolnachweises berichtet und Korrelationen mit verschiedenen Krankheiten identifiziert [15,16,17,18]. Verschiedene Studien haben bestätigt, dass Cortisol mit Autismus-Spektrum-Störungen [19], Depressionen [20], Suizidgedanken [21], kindlichen Widrigkeiten und externalisierenden Störungen [22] zusammenhängt.

Obwohl die Identifizierung des Cortisolspiegels ein wichtiges diagnostisches Werkzeug darstellt, werden routinemäßige Cortisol-Nachweistechniken wie Chromatographie [23, 24], Radioimmunoassay [25], Elektrochemilumineszenz-Immunoassay [26, 27, 28], Enzyme-Linked Immunosorbent Assay [28, 29 ], Oberflächenplasmonenresonanz [1, 30, 31] und Quarzkristall-Mikrowaage [32] erfordern viel Analysezeit, sind teuer und können nicht in Point-of-Care (POC)-Einstellungen implementiert werden [33]. Daher besteht derzeit ein Bedarf an einer empfindlichen, effizienten und Echtzeitbestimmung des Cortisolspiegels.

In den letzten Jahren haben sich elektrochemische Immunoassay-Methoden, die auf der spezifischen molekularen Erkennung zwischen Antigenen und Antikörpern etabliert sind, aufgrund herausragender Eigenschaften wie einfache Geräte, schnelle Analyse, kostengünstige, markierungsfreie POC-Tests, hohe Sensitivität und niedrige Nachweisschwellen für Cortisol in Bioflüssigkeiten [34, 35]. Elektrische Potentialänderungen werden auf Konzentrationsschwankungen elektrochemischer Redoxreaktionen an der Elektrode zurückgeführt. Ausgeschüttetes Cortisol gelangt schließlich in das Kreislaufsystem und kann in verschiedenen Bioflüssigkeiten wie interstitielle Flüssigkeit [36], Blut [37], Urin [38], Schweiß [39] und Speichel [40] gefunden werden. Die Vorteile des elektrochemischen Nachweises von Speichel-Cortisol, einer nicht-invasiven Methode mit einfacher Probenentnahme, -handhabung und -lagerung, haben sein Anwendungspotenzial in POC-Sensoren für Echtzeitmessungen verbessert [41].

Ein idealer Biosensor sollte niedrige Nachweisgrenzen, schnelle Selektivität und hohe Empfindlichkeit aufweisen. Um einen Immunsensor herzustellen, sollte die gewählte Immobilisierungsmatrix eine hohe Oberflächenfunktionalität, eine hohe Biomolekülbeladung und einen geringen Widerstand gegen Elektronentransport mit einer hohen Elektronentransferrate aufweisen [42]. Metallsulfid-Nanomaterialien wurden jedoch selten für die Immobilisierung von Proteinen für die elektrochemische Biosensorik vorgeschlagen. Daher wurde hier Zinndisulfid als potenzielle immobilisierende Matrix für die Entwicklung von Immunsensoren ausgewählt, um das im Speichel vorhandene Cortisol nachzuweisen.

Nano-zweidimensionale (2D)-Materialien haben in den letzten zehn Jahren zahlreiche Forschungsinteressen auf sich gezogen. Es gibt eine Vielzahl von Arten von 2D-Materialien, die von Halbleitern bis zu Metallen und von anorganisch bis organisch reichen [43,44,45,46] und verwandte Verbundstoffe [47,48,49,50]. Die Entdeckung, Herstellung und Untersuchung von Nano-2D-Material sind in verschiedenen Bereichen vorherrschende Strömungen. Nano-2D-Zinndisulfid (SnS2 ), ein n-Halbleiter mit einer Bandlücke von 2.18–2.44 eV [51, 52], besteht aus Sn-Atomen, die zwischen zwei Schichten von hexagonal angeordneten und eng angeordneten Schwefel(S)-Atomen eingeschlossen sind, wobei benachbarte S-Schichten durch schwache van der . verbunden sind Waals-Kräfte [53]. Aufgrund seiner faszinierenden elektrischen Eigenschaften, seiner hohen Ladungsträgermobilität, seiner guten chemischen Stabilität, seiner geringen Kosten und seiner optischen Eigenschaften [54] ist SnS2 hat sich zu einem vielversprechenden Material für verschiedene Anwendungen in Solarzellen und optoelektronischen Geräten [55, 56], als Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien [57, 58], Gassensoren und Glukosemonitoren [59, 60] entwickelt. Die Auswahl des Elektrodenmaterials ist ein wichtiger Schlüsselfaktor zur Verbesserung der Leistung, indem eine große Reaktionsfläche und eine günstige Mikroumgebung bereitgestellt werden, um den Elektronentransfer zwischen Enzym und Elektrodenoberfläche zu erleichtern.

In dieser Arbeit wurden Biosensoren mit SnS2 . hergestellt als immobilisierende Matrix zum Nachweis von Cortisol. Die Ergebnisse von differenziellen Pulsvoltammetrie (DPV)-Studien in Bezug auf elektrochemische Sensoren zeigen eine hohe Empfindlichkeit von 0,0103 mA/Mcm 2 und die niedrigste Nachweiskonzentration von 100 pM.

Materialien und Methoden

Materialien

Hydrocortison (Cortisol), Anti-Kaninchen-Cortisol-Antikörper (Anti-Cortisol, C-Mab ), Kaliumhexacyanoferrat (II), Kaliumhexacyanoferrat (III), β-Östradiol, Testosteron, Progesteron und Corticosteron wurden von Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) bezogen. Rinderserumalbumin (BSA) wurde von PanReac bezogen. Zinn(IV)chlorid-Pentahydrat (SnCl4 .) . 5H2 O) und Thioacetamid (C2 H5 NS) wurden von Showa (Japan) und Alfa Aesar (UK) geliefert. Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS), hergestellt mit NaCl, KCl, Na2 HPO4 , und KH2 PO4 wurden von Sigma-Aldrich bezogen. Mikropoliertes Aluminiumoxid wurde von Bühler (UK) bezogen. Alle anderen Chemikalien waren von analytischer Qualität und wurden ohne weitere Reinigung verwendet. Cortisol Speichel-ELISA-Kit (Kat.-Nr. SA E-6000) wurde von LDN (Deutschland) bezogen.

Synthese von Zinndisulfid

Pulver von SnCl4 ·5H2 O und C2 H5 NS wurden in 70 ml entionisiertem Wasser gemischt und der pH auf 7,4 eingestellt. Ein hydrothermaler Autoklavenreaktor mit den Reaktanten wurde von Raumtemperatur auf 200 ° . erhitzt C in 1 Stunde und bei 200 ° . gehalten C für 11 Std. Dann wird das resultierende SnS2 Pulver wurde mit entionisiertem Wasser und Ethanol bei 6000 U/min für 15 min gewaschen und schließlich an der Luft bei 80 ° . getrocknet C. Diese hydrothermale Methode wurde erfolgreich für die Synthese von SnS2 . angewendet .

Materialcharakterisierung

Röntgenbeugung (XRD, PANalytical, Niederlande) wurde verwendet, um die Kristallphase von 2D-hexagonalem SnS2 . zu untersuchen Flocken. Zur Abbildung der Oberflächenmorphologie von Materialien wurde multifunktionale Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (FE-REM, Zeiss, Deutschland) verwendet. Feldemissionskanonen-Transmissionselektronenmikroskopie (FEG-TEM, Tecnai, USA) wurde verwendet, um die Mikrostruktur von SnS2 . zu erkennen , und selektive Flächenbeugung (SAED, Tecnai) wurde verwendet, um Kristallmuster zu erhalten.

Herstellung von BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Biosensoren

Glaskohlenstoffelektroden (GCEs) wurden zuerst mit Aluminiumoxidschlamm poliert und dann Tropfen einer Mischung aus 5 M SnS2 wurden auf der Oberfläche vorbehandelter GCEs abgeschieden. Lösungen von Anti-Cortisol-Antikörper (1 mg/ml) und BSA (1%) wurden in PBS hergestellt. SnS2 /GCE wurde dann nacheinander mit den Antikörper- und BSA-Lösungen dekoriert. Das fabrizierte BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Biosensoren wurden gekühlt bei 4 ° . gelagert C bei Nichtgebrauch. Das Forschungskonzept und der Aufbau des Detektionssystems sind in Abb. 1 dargestellt.

Forschungskonzept und Aufbau des Detektionssystems

Elektrochemische Analyse

Hergestelltes BSA/C-Mab /SnS2 /GCEs wurden mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) und zyklischer Voltammetrie (CV) charakterisiert, um ihr elektroaktives Verhalten zu vergleichen. Studien zur elektrochemischen Reaktion als Funktion der Cortisolkonzentration wurden unter Verwendung von CV und differentieller Pulsvoltammetrie (DPV) durchgeführt. Alle Experimente wurden mit einem Dreielektrodensystem mit einem GCE als Arbeitselektrode, einem Pt-Draht als Hilfselektrode und einer gesättigten Kalomelelektrode als Referenzelektrode in 10 mM PBS (pH 7,4) mit 5 mM Fe(CN .) durchgeführt )6 3-/4- . Elektrochemische Messungen wurden an einer elektrochemischen Workstation der Serie Modell CHI6114E (CH Instruments, USA) durchgeführt. Die CV- und DPV-Messungen wurden zwischen − 0,4 V und 1,0 V bei einer Abtastrate von 10 mV/s durchgeführt, sofern nicht anders angegeben.

Speichelprobenentnahme und elektrochemische Sensorik

Speichelprobe (2 ml) wurde gegen Mittag von zwei gesunden freiwilligen Probanden entnommen, um das entwickelte BSA/C-Mab zu validieren /SnS2 /GCE. Speichelproben wurden ohne jegliche Filtration entnommen und anfänglich bei – 20 °C gelagert, um die biologischen Eigenschaften zu erhalten. Vor dem Abfühlen wurden die Speichelproben auf Raumtemperatur aufgetaut und bei 3500 U/min für 15 Minuten zentrifugiert, um den Überstand für die Messung zu sammeln. Der abgetrennte Speichel wurde bei − 20 °C gelagert. Das BSA/C-Mab /SnS2 /GCE wurde für die elektrochemische Messung von Cortisolkonzentrationen in Speichelproben verwendet. Der Nachweis von Cortisol mittels elektrochemischer Analyse mit dem BSA/C-Mab /SnS2 /GCE wurde mit dem des oben erwähnten kommerziell erhältlichen ELISA-Cortisol-Kits verglichen.

Störungsstudie

Die hemmende Wirkung potenzieller Störfaktoren wie anderer Steroidhormone auf BSA/C-Mab /SnS2 Die /GCE-Spezifität wurde untersucht, indem der Biosensor in die folgenden verschiedenen Lösungen gegeben wurde:100 nM β-Östradiol, 100 nM Testosteron, 100 nM Progesteron und 100 nM Corticosteron für 10 Minuten und dann durch CV gescannt. Die Abtastrate betrug 10 mV/s und der Abtastbereich lag zwischen – 0,4 V bis 0,6 V.

Nachweis von Speichel-Cortisol durch ELISA

An den Speichelproben wurde ein ELISA gemäß dem Protokoll des Herstellers durchgeführt. Um eine Kalibrierungskurve für Cortisolmessungen zu erstellen, wurde der Assay in einer 96-Well-Titerplatte mit sechs bekannten Standard-Cortisolkonzentrationen (0,0, 0,1, 0,4, 1,7, 7,0 und 30 ng/ml) zur Bestimmung der Extinktion jedes Wells durchgeführt bei 450 nm. Die Kalibrierkurve wurde mit einer Trendlinie angepasst, um eine Gleichung zur Berechnung unbekannter Proben zu erhalten.

Ergebnisse und Diskussion

Materialanalyse von SnS2

Wie aus dem XRD-Muster in Fig. 2a ersichtlich, zeigt das Produkt wie synthetisiert nur die XRD-Peaks, die der hexagonalen Phase SnS2 . entsprechen (JCPDS-Karte Nr. 89-2358). Abbildung 2b, c veranschaulicht die FE-REM-Bilder des so synthetisierten SnS2 mit einer einheitlichen flockenähnlichen Morphologie mit einer Größe von ungefähr 300 nm. Abbildung 2d–f zeigt die FEG-TEM- und SAED-Bilder von SnS2 , in dem Gitterstreifenabstände von 0,167 nm und 0,316 nm für hexagonales SnS2 . identifiziert werden als einkristalline Struktur. Die Stapelung von Nanoflocken beträgt weniger als 10 Schichten mit einer Gesamtdicke von weniger als 10 nm.

a XRD-Muster von SnS2 . FE-REM-Bilder von SnS2 Nanoflocken wurden bei Vergrößerungen von (b ) × 250.000  und (c ) × 100.000. d FEG-TEM-Bilder von SnS2 Nanoflocken. e Querschnitts-FEG-TEM von SnS2 Nanoflocken und vergrößertes FEG-TEM-Bild. f SAED-Bild von SnS2 Nanoflocken

Elektrochemische Reaktionen der Elektrode

Der Oxidationsstrom kann durch die Zugabe von Zinndisulfid stark ansteigen. Wie in Fig. 3a, b gezeigt, reduziert sich die Größe des Oxidationsstroms von SnS2 /GCE zu C-Mab /SnS2 /GCE, gefolgt von BSA/C-Mab /SnS2 /GCE, wenn sich der Ladungsübertragungswiderstandswert erhöht. Daher weisen die Ergebnisse darauf hin, dass die Sensoreigenschaften an der Elektrode verändert wurden. Zunächst BSA/C-Mab /SnS2 /GCE wurde untersucht, indem die Abtastrate von 10 mV/s bis 100 mV/s variiert wurde, wie in Abb. 3c gezeigt. Die Änderung der Stromantwort mit der Abtastrate, wie in Abb. 3d aufgetragen, zeigt, dass der Oxidationsstrom linear mit der Abtastrate ansteigt und der Beziehung folgt:I =0,5156 υ–0,0319 (R 2 =0,9985) bei der Oxidation und I =0,6758υ–0,0288 (R 2 =0,9997) an Reduktion. Die nahezu Linearität des Anstiegs des Spitzenstroms mit zunehmender Abtastrate mit wohldefinierten Redoxpeaks weist jedoch auf einen oberflächenkontrollierten Prozess mit stabilem Elektronentransfer hin.

a CV-Reaktionsstudie der GCE-Elektrode (Kurve a), SnS2 /GCE-Elektrode (Kurve b), C-Mab /SnS2 /GCE-Elektrode (Kurve c), BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Elektrode (Kurve d). b EIS-Antwortstudie des GCE, SnS2 /GCE, C-Mab /SnS2 /GCE und BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Elektroden. Einschub:das entsprechende Ersatzschaltbild. c Erhöhte Stärke des Oxidationsreaktionsstroms von BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Elektrode mit erhöhter Scanrate von 10 mV/s auf 100 mV/s. d Die Stromstärke nahm mit steigender Abtastrate zu. e Lebenslaufstudium BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Elektrode als Funktion der Cortisolkonzentration, die von 100 pM bis 100 μM variiert. f Linearitätskurve für die aktuelle Reaktion bei unterschiedlichen Cortisolkonzentrationen. g DPV-Studien von BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Elektrode als Funktion der Cortisolkonzentration, die von 100 pM bis 100 μM variiert. h Linearitätskurve für die aktuelle Reaktion bei unterschiedlichen Cortisolkonzentrationen

Der Strom nahm mit steigender Cortisolkonzentration im Bereich von 100 pM bis 100 μM ab. Der Stromunterschied korrelierte direkt mit der gemessenen Cortisolkonzentration. Aktuelle Werte und gut getrennte Oxidationspeaks wurden für BSA/C-Mab . erhalten /SnS2 /GCE-Elektroden, wie in Abb. 3e, f. Die Stromänderung mit dem Konzentrationslogarithmus war nahezu linear. Es ist klar, dass die Reduktion des linearen Regressionskoeffizienten für CV besser ist. Daher wurden weitere Messungen mit spezifischeren und genaueren DPV durchgeführt. Die Ergebnisse solcher DPV-Studien zeigten, dass die Stärke der Stromantwort mit der Zugabe von Cortisol abnahm, wie in Fig. 3g dargestellt. Eine in Abb. 3h dargestellte Kalibrierungskurve stellt die Größe der Stromantwort und den Logarithmus der Cortisolkonzentration dar und erwies sich als linear abhängig und folgte der Gleichung:y =− 0,0103x + 0,0443; R 2 =0,9979. Dieser Sensor wies einen Erfassungsbereich zwischen 100 pM und 100 μM auf, mit einer Nachweisgrenze von 100 pM und einer Empfindlichkeit von 0,0103 mA/Mcm 2 (R 2 =0,9979).

Studie zur Speicherstabilität

Es wurden auch CV-Studien durchgeführt, um die Haltbarkeit des BSA/C-Mab zu untersuchen /SnS2 /GCE in Abständen von 1 Tag bis 1 Woche. Um zwei Konservierungsbedingungen zu vergleichen, bestand eine Bedingung darin, die Elektroden unter Vakuum getrocknet zu lagern, während die andere die Elektroden bei 4 °C lagerte. Die Redoxpeak-Stabilität der Elektroden bei 4 °C und unter Vakuum sind in Abb. 4a bzw. c gezeigt. Es ist klar, dass die Konservierungsbedingung bei 4 °C besser war als die unter Vakuum. Abbildung 4b, d zeigt, dass der Elektrodenstabilitätswert 82 % betrug, wenn die Elektroden 7 Tage lang unter Vakuum gelagert wurden, während der Elektrodenstabilitätswert 91 % betrug, wenn die Elektroden bei 4 °C gelagert wurden. Es ist zu beobachten, dass die Stabilität der bei 4 °C gelagerten Elektroden höher war als die unter Vakuum. Der Aktivitätsverlust der Elektrode wurde möglicherweise durch den Abbau der Cortisol-Antikörperaktivität unter Vakuum verursacht. Die Lagerstabilität ist ein entscheidendes Thema für enzymatische Sensoren. Beim zukünftigen Design der Elektrode kann eine Schutzbeschichtung hinzugefügt werden.

Redoxpeakstabilität von BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Elektrode mit unterschiedlichen Konservierungsbedingungen (a und b ) unter Vakuum (c und d ) bei 4 °C für 7 Tage

Störungsstudie

Die Ergebnisse von CV-Studien von BSA/C-Mab /SnS2 /GCE zur Messung potenzieller Störstoffe wie β-Östradiol (100 nM), Testosteron (100 nM), Progesteron (100 nM) und Corticosteron (100 nM) in Bezug auf Cortisol (10 nM) sind in Abb. 5a. Verglichen mit der Änderung der Reaktion des Cortisolsignals betrugen die Auswirkungen der Interferenz weniger als 5 % des Ergebnisses für Cortisol, was darauf hindeutet, dass solche potentiellen Interferenzen praktischerweise vernachlässigt werden können.

a Interferenzstudie mit β-Östradiol (100 nM), Testosteron (100 nM), Progesteron (100 nM) und Corticosteron (100 nM) in Bezug auf Cortisol (10 nM). b Vergleich von Speichelkortisolmessungen mit ELISA und elektrochemischen Methoden

Nachweis von Speichelkortisol mit ELISA und elektrochemischen Methoden

Messungen von Speichel-Cortisolproben mit ELISA und dem BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Elektrode sind in Tabelle 1 und Abb. 5b zusammengefasst. Die mittels ELISA bestimmten Cortisolkonzentrationen betrugen 1,105 ×10 -8 M und 3,998 × 10 −9 M. Die berechneten Cortisol-Ergebnisse mit elektrochemischer Messung waren 1,046 × 10 –8 M und 3,911 × 10 −9 M. Mit diesen beiden Techniken wurde eine gute Korrelation erreicht, wobei vergleichbare Ergebnisse mit nur 2–5% Unterschied gezeigt wurden. Daher zeigen die Ergebnisse, dass dieses BSA/C-Mab /SnS2 /GCE kann zur elektrochemischen Cortisolmessung in biologisch relevanten Flüssigkeiten wie Speichel eingesetzt werden.

Vergleich mit anderen Studien

Die Ergebnisse dieser Studie wurden mit anderen Studien verglichen, die elektrochemische Sensoren für Speichel-Cortisol in der Literatur berichteten, um ein besseres Verständnis der Leistung dieses BSA/C-Mab zu erhalten /SnS2 /GCE. Tabellen 2 und 3 zeigen Vergleiche von Ergebnissen, die mit Nicht-Gold-Elektroden bei der Cortisol-Detektion erhalten wurden. Es gibt drei Hauptvorteile der vorliegenden Arbeit. Erstens sind die Materialien viel kostengünstiger als die Geräte, die in anderen Studien vorgestellt wurden. Zweitens war der Herstellungsprozess relativ einfach und schnell. Schließlich war die Nachweisgrenze ähnlich der in anderer Literatur beschriebenen oder sogar besser als die berichteten, während der Zielnachweisbereich für Speichelcortisol leicht erreicht werden kann.

Schlussfolgerungen

Eine hydrothermale Methode wurde erfolgreich für die Synthese von SnS2 . angewendet . Die Eigenschaften von SnS2 wurden durch XRD, FE-SEM, FEG-TEM und SAED charakterisiert. Die elektrochemische Reaktion der Elektrode als Funktion der Cortisolkonzentration wurde unter Verwendung von CV und DPV bestimmt. Unser Cortisolsensor wies einen Nachweisbereich von 100 pM bis 100 μM, eine Nachweisgrenze von 100 pM und eine Empfindlichkeit von 0,0103 mA/Mcm 2 . auf (R 2 =0,9979). Die erhaltenen Wahrnehmungsparameter lagen im normalen physiologischen Bereich. Der Einfluss potenzieller Störungen betrug weniger als 5 %, was auf eine gute Spezifität dieses Sensors hinweist. Stabilitätstests zeigten, dass die Aktivität des Sensors bei Lagerung bei 4 °C besser war als unter Vakuum. Die Ergebnisse dieser Elektrode zur Messung von Cortisol in Speichelproben stimmten mit ELISA überein. Daher elektrochemische Analyse mit diesem BSA/C-Mab /SnS2 /GCE-Elektrode kann traditionellere zeitaufwendige Immunoassay-Ansätze ersetzen.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

Abkürzungen

2D:

Zweidimensional

BSA:

Rinderserumalbumin

C-Mab :

Cortisol-Antikörper

Lebenslauf:

Zyklische Voltammetrie

DPV:

Differenzpulsvoltammetrie

EIS:

Elektrochemische Impedanzspektroskopie

ELISA:

Enzyme-linked Immunosorbent Assay

FEG-TEM:

Transmissionselektronenmikroskop mit Feldemissionskanone

FE-REM:

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop

GCE:

Glaskohlenstoffelektroden

HPA:

Hypothalamus-Hypophyse-Nebennierenrinde

PBS:

Phosphatgepufferte Kochsalzlösung

POC:

Point-of-Care

PTSD:

Posttraumatische Belastungsstörung

SAED:

Ausgewählte Flächenbeugung

XRD:

Röntgenbeugung


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