银纳米颗粒-聚多巴胺-还原氧化石墨烯纳米复合材料修饰丝网印刷电极作为尿酸传感器

《ACS Omega》：Screen-Printed Electrode Modified with Silver Nanoparticles (AgNP)─Polydopamine (PDA)─Reduced Graphene Oxide (RGO) Nanocomposite as a Sensor for Uric Acid

本文推荐一种基于银纳米颗粒（AgNP）─聚多巴胺（PDA）─还原氧化石墨烯（RGO）纳米复合材料修饰丝网印刷电极（SPE）的高性能尿酸（UA）传感器。该传感器在醋酸缓冲液（pH 4.5）中表现出卓越的灵敏度（检测限1.23 μM）、稳定性（28天后信号变化仅0.41%）及抗干扰能力，适用于复杂基质（如人工尿液）中UA的快速检测，为痛风、肾病等疾病的便携式监测提供了新方案。

　　

引言

尿酸（Uric Acid, UA）是人体内嘌呤代谢的终产物，其浓度异常升高与痛风、肾病、糖尿病和心血管疾病密切相关。传统检测方法如高效液相色谱法等虽精度高但操作繁琐、成本高昂。电化学检测技术凭借快速响应、高灵敏度和低成本等优势成为UA检测的理想选择。丝网印刷电极（Screen-Printed Electrode, SPE）因其微型化设计（仅需微升级样品）和易修饰特性，尤其适合现场检测应用。本研究通过将银纳米颗粒（AgNP）、聚多巴胺（PDA）与还原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxide, RGO）复合，构建了一种新型纳米材料修饰的SPE，旨在提升UA检测的综合性能。

实验部分

AgNP-PDA-RGO纳米复合材料通过多步法合成：首先采用改良Hummers法制备氧化石墨烯（GO），再通过多巴胺在碱性条件下自聚合同步还原GO为PDA-RGO，最后利用PDA的黏附特性锚定银离子并还原为AgNP。通过衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、拉曼光谱、紫外-可见光谱（UV-vis）和扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱（SEM-EDX）对材料结构进行表征。电化学性能通过循环伏安法（Cyclic Voltammetry, CV）和差分脉冲伏安法（Differential Pulse Voltammetry, DPV）评估，以铁氰化钾（Fe(CN)₆^3–/4–）为探针，在醋酸缓冲液（pH 4.5）中测试UA的响应。

结果与讨论

材料表征显示，PDA成功还原GO为RGO（FTIR中氧官能团峰减弱），AgNP以50–110 nm的粒径均匀分布在PDA-RGO表面（SEM验证），有效避免了纳米颗粒团聚。电化学测试中，AgNP-PDA-RGO/SPE的峰电流最高（阳极峰电流38.528 μA），峰分离最小（186 mV），表明其优异的电子传导能力。扫描速率实验证实电极过程受扩散控制，且修饰后的SPE比电容降至3.54 μF/cm²（裸电极为7.02 μF/cm²），显著降低了背景噪声。

分析性能方面，传感器在20–100 μM和200–1000 μM范围内呈现良好线性，检测限低至1.23 μM，优于多数已报道传感器（如裸SPE的检测限为3.52 μM）。重复性（RSD=5.00%, n=10）、重现性（RSD=0.95%, n=3）和长期稳定性（28天信号衰减0.41%）均表现突出。干扰实验表明，抗坏血酸（AA）和葡萄糖几乎无干扰，而多巴胺虽在相同浓度下产生响应（峰分离135 mV），但其生理浓度远低于测试值，实际影响有限。在人工尿液基质中，UA回收率达102.30%，证明传感器适用于真实样本检测。

结论

AgNP-PDA-RGO/SPE通过各组分的协同作用（AgNP和RGO增强电催化活性，PDA提升稳定性），实现了UA的高灵敏、稳定检测。该传感器兼具微型化、低成本和抗干扰优势，为高尿酸血症相关疾病的床旁诊断提供了可靠工具。未来可进一步探索其在血清检测或多功能生物传感中的应用潜力。