Functionalized Graphene-Based Biosensors for Early Detection of Subclinical Ketosis in Dairy Cows

酮症 石墨烯 生物传感器 亚临床感染 检出限 材料科学 纳米技术 医学 内分泌学 内科学 糖尿病 化学 色谱法
作者
Shannon Chick,Matin Ataei Kachouei,K.F. Knowlton,Md. Azahar Ali
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (39): 51932-51943 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.4c07715
摘要

Precision livestock farming utilizing advanced diagnostic tools, including biosensors, can play a key role in the management of livestock operations to improve the productivity, health, and well-being of animals. Detection of ketosis, a metabolic disease that occurs in early lactation dairy cows due to a negative energy balance, is one potential on-farm use of biosensors. Beta-hydroxybutyrate (βHB) is an excellent biomarker for monitoring ketosis in dairy cows because βHB is one of the main ketones produced during this metabolic state. In this report, we developed a low-cost, Keto-sensor (graphene-based sensor) for the detection of βHB concentrations in less than a minute. On this device, graphene nanosheets were layered onto a screen-printed electrode (SPE), and then, a stabilized enzyme (beta-hydroxybutyrate dehydrogenase, NAD+, and glycerol) was used to functionalize the graphene surface enabled by EDC-NHS conjugation chemistry. The Keto-sensor offers an analytical sensitivity of 10 nm and a limit of detection (LoD) of 0.24 nm within a detection range of 0.01 μm-3.00 mm. Spike testing indicates that the Keto-sensor can detect βHB in serum samples from bovines with subclinical ketosis. The Keto-sensor developed in this study shows promising results for early detection of subclinical ketosis on farms.
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