유리카제 종이 통합 전극을 사용하여 희석되지 않은 인간 타액에서 요산의 전기화학적 검출

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12033(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 타액 내 요산(UA) 검출을 위한 유리카아제 고정화 종이(UOx-paper) 통합 전기화학 센서를 소개합니다. UOx는 왁스 패턴의 종이 기재의 감지 영역에 고정되었습니다. 이 UOx 종이는 o-페닐렌디아민의 전기중합 후 프러시안 블루로 변형된 스크린 인쇄 탄소 전극과 통합되어 소량(20 μL)의 샘플을 위한 전기화학 셀을 구성했습니다. 첫째, UOx-paper의 제작 조건을 최적화했습니다. 다음으로, UOx 종이 기반 전기화학 UA 센서의 전류 측정 반응은 -0.1V(Ag 의사 기준 전극 대비)의인가 전위에서 인공 타액의 알려진 농도의 UA 표준 용액을 사용하여 분석되었습니다. UOx 종이 기반의 전기화학 UA 센서는 50~1000μM(R2 = 0.998)의 선형 범위에서 4.9μA·mM−1의 감도, 높은 선택성과 우수한 재현성을 나타냈으며, 18.7μM의 검출 한계( 0.31mg/dL)UA. 마지막으로 건강한 대조군(n = 20)과 통풍 환자(n = 8)의 희석되지 않은 타액 샘플에서 UA 수준을 정량화했습니다. 이 수준은 기존의 타액 UA 효소 분석법과 혈청 UA 수준으로 측정한 수준과 상관관계가 있었습니다. UOx 종이 기반 전기화학 UA 센서는 타액 UA 수준을 평가하는 사용자 친화적이고 편리한 도구입니다.

인체 내 퓨린 대사의 최종 산물인 요산(UA)은 통풍을 포함한 다양한 생리적 및 병리학적 상태에서 중요한 역할을 합니다1,2,3. UA는 항산화제이며 저뇨산혈증은 다발성 경화증, 파킨슨병 또는 알츠하이머병과 같은 면역 매개 또는 퇴행성 신경 질환과 관련이 있는 것으로 보고되었습니다3. 재발성 아프타성 구내염과 구강 편평 태선도 낮은 타액 UA 수준과 관련이 있었습니다4,5. 그러나 고요산혈증은 통풍, 대사 증후군, 만성 신장 질환 또는 심혈관 질환의 발병 및 진행에 기여합니다3. 고요산혈증이 항상 통풍을 유발하는 것은 아니며 통풍의 진단은 고요산혈증 단독에 근거하지 않지만, 고요산혈증이 있는 환자에서 통풍이 발생하여 조직에 요산나트륨 결정이 침착됩니다. 통풍 관리를 위한 최근 지침에서는 혈청 UA 수준을 5~6mg/dL 미만, 3mg/dL 미만으로 유지하고 달성하기 위해 요산염 저하 요법을 최적화해야 한다고 권장합니다6,7. 그러므로 혈청 UA의 모니터링은 고요산혈증과 통풍의 진단, 치료, 추적관찰을 위해 필수적이다. 그러나 Venupunture는 침습적이며 부상 및 출혈을 포함한 합병증을 유발할 수 있습니다. 또한, 혈청 UA 분석에는 특수 장비를 사용하는 실험실 환경이 필요합니다.

타액 진단은 신체의 생리적, 병리학적 상태를 반영하기 때문에 치료 후 결과를 예측하는 것 외에도 현장 검사(POCT)를 활용하는 분야와 질병을 자주 쉽게 모니터링하기 위한 임상 응용 분야에서 주목을 받고 있습니다8 ,9. UA는 주로 간과 내장에서 생산됩니다. 대부분의 UA는 요산염 수송체를 통해 신장과 내장을 통해 제거됩니다. 그러나 유기 음이온과 요산염 수송체는 타액선에서도 발현됩니다10. 또한 여러 임상 연구에서 대부분의 경우 혈청과 타액 UA 수준 사이의 선형 관계가 보고되었으며, 이는 혈액 검사의 대안으로 타액 UA 측정의 가능성을 시사합니다1,2,11,12. 타액 UA 검출을 위해 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)13, 모세관 전기 영동(CE)14 및 효소 비색 분석 키트15,16,17,18을 포함한 다양한 분석 방법이 개발되었습니다. 그러나 일반적으로 시간이 많이 걸리고 값비싼 장비와 전문가가 필요하기 때문에 일상적인 개인 사용에는 적합하지 않습니다. 시중에서 판매되는 일부 효소 분석 키트는 타액, 혈청, 소변 등 다양한 유형의 생물학적 매트릭스에 사용할 수 있지만2 생물학적 시료에 존재하는 비타민 C, 지질 또는 내인성 과산화효소와 같은 다른 간섭의 영향을 받을 수 있으며 결국에는 잘못된 결과를 초래합니다2,19,20,21,22. 게다가 시약 내의 과산화효소는 아지드화 나트륨과 같은 방부제와 호환되지 않기 때문에 사용 기한이 짧습니다23. 결과적으로 기한이 지난 시약으로 인해 감도가 감소할 수 있습니다2,24.

+ 0.65 V) to measure the hydrogen peroxide (H2O2) product, it is subject to various electroactive interferences. PrB or ferric hexacyanoferrate has been referred to as an "artificial peroxidase", because it can enhance electron transport and catalyze the reduction of H2O2 at low overpotential30,31. Therefore, PrB-SPCE provides selective cathodic detection of H2O2 produced by the enzymatic reaction of UA. However, the PrB may decompose in neutral or weakly alkaline solutions32. Besides, saliva is a complex and difficult matrix to manage due to its high viscosity and protein assembly, as well as other electroactive species33. To improve the stability, selectivity and biocompatibility of PrB-SPCE, we introduced an external protective polymer membrane such as PPD on PrB-SPCE via electropolymerization. PPD membrane is known for its ability to penetrate low-molecular-weight compounds such as H2O2 and reject other electroactive species such as AA and AP, as well as prevent biofouling on the electrode28,34. To characterize the electrocatalytic property of PPD/ PrB-SPCE toward H2O2, we performed cyclic voltammetry measurements in artificial saliva with and without 1 mM H2O2 in the potential range of − 0.20 to + 0.40 V (vs. Ag pseudo-reference electrode) at a scan rate of 50 mV/sec. As shown in Fig. 2a, the PPD/PrB-SPCE exhibited the characteristic Prussian White (PrW)/PrB redox activity (0.02/0.13 V) in the artificial saliva solution. The cathodic peak current increased to − 12.3 μA at − 0.00 V in 1 mM H2O2 solution. To confirm the electrochemical performance of PPD/PrB-SPCE toward H2O2, the CA technique was used at an applied potential of − 0.1 V (vs. Ag pseudo-reference electrode). The selectivity of PPD/PrB-SPCE was confirmed by the current response of H2O2 in the presence of physiological levels of the relevant electroactive constituents of saliva including UA, AA, and AP. As shown in Fig. 2b and 2c, the interference currents due to UA (1000 μM), AA (500 μM), and AP (500 μM) were negligible, compared with the strong response due to H2O2 (50, 100, and 200 μM). In particular, the current responses of AA (− 0.12 ± 0.02 μA, [mean ± standard deviation]) and AP (− 0.06 ± 0.002 μA) on PPD/PrB-SPCE were significantly lower than those on PrB-SPCE (− 0.17 ± 0.01 μA for AA and − 0.14 ± 0.01 μA for AP, respectively). However, the cathodic current of H2O2 (− 0.35 μA ± 0.01 μA) on PPD/PrB-SPCE and PrB-SPCE (− 0.38 ± 0.01 μA) was similar. This result indicates that PPD/PrB-SPCE has high selectivity for the detection of H2O2 without any interference effect by possible electroactive species in saliva. In addition, the external PPD membrane did not inhibit the permeability of H2O2 toward PrB-SPCE./p>

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