A Programmable Microfluidic Paper-Based Analytical Device for Simultaneous Colorimetric and Photothermal Visual Sensing of Multiple Enzyme Activities

化学 微流控 比色法 光热治疗 纳米技术 色谱法 材料科学
作者
Kailing Li,Jun Wang,Jieqiong Wang,Zhi Zheng,Xinping Liu,Jikai Wang,Chenjing Zhang,Suisui He,Hua Wei,Cui‐Yun Yu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (29): 12181-12188 被引量:43
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c02389
摘要

New strategies for the simultaneous and portable detection of multiple enzyme activities are highly desirable for clinical diagnosis and home care. However, the methods developed thus far generally suffer from high costs, cumbersome procedures, and heavy reliance on large-scale instruments. To satisfy the actual requirements of rapid, accurate, and on-site detection of multiple enzyme activities, we report herein a smartphone-assisted programmable microfluidic paper-based analytical device (μPAD) that utilizes colorimetric and photothermal signals for simultaneous, accurate, and visual quantitative detection of alkaline phosphatase (ALP) and butyrylcholinesterase (BChE). Specifically, the operation of this μPAD sensing platform is based on two sequential steps. Cobalt-doped mesoporous cerium oxide (Co-m-CeO2) with remarkable peroxidase-like activities under neutral conditions first catalytically decomposes H2O2 for effectively converting colorless 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) into blue oxidized TMB (oxTMB). The subsequent addition of ALP or BChE to their respective substrates produces a reducing substance that can somewhat inhibit the oxTMB transformation for compromised colorimetric and photothermal signals of oxTMB. Notably, these two-step bioenzyme-nanozyme cascade reactions strongly support the straightforward and excellent processability of this platform, which exhibit lower detection limits for ALP and BChE with a detection limit for BChE an order of magnitude lower than those of the other reported paper-based detection methods. The practicability and efficiency of this platform are further demonstrated through the analysis of clinical serum samples. This innovative platform exhibits great potential as a facile yet robust approach for simultaneous, accurate, and on-site visual detection of multiple enzyme activities in authentic samples.
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