An Integrated 3D-Printed Portable Device Coupling Bimetallic FeCo-MOF Nanozymes with Freeze-Dried Hydrogel Carriers for Point-of-Care Testing of Serum Acid Phosphatase

化学 双金属片 试剂 荧光 检出限 牛血清白蛋白 酸性磷酸酶 色谱法 碘化物 分析物 组合化学 纳米颗粒 水解 基质(水族馆) 琼脂糖 催化作用 焦磷酸盐 氨基三乙酸 人血清白蛋白 适体 再现性 生物物理学 磷酸酶 荧光光谱法
作者
Xiao Zhang,Liang Zhang,Jianhua Wang,Yong‐Liang Yu,Shuai Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:98 (9): 6887-6895 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c07331
摘要

Acid phosphatase (ACP) is a key biomarker for prostate disorders, hyperparathyroidism, and other metabolic diseases. However, current ACP assays are limited by complex protocols, bulky instrumentation, and poor stability under resource-limited conditions. Herein, we report a portable, smartphone-readable point-of-care testing (POCT) platform integrating bimetallic FeCo-MOF nanozymes entrapped in freeze-dried agarose hydrogel carriers for dual-mode (colorimetric-fluorometric) quantification of ACP in human serum. The FeCo-MOF catalyzes glucose oxidation to generate H 2 O 2 and reactive oxygen species, converting o-phenylenediamine (OPD) to the chromogenic/fluorogenic product 2,3-diaminophenazine (DPA). ACP-mediated hydrolysis of sodium pyrophosphate (PPi) restores FeCo-MOF activity, enabling signal readout proportional to ACP concentration. Encapsulation of reagents within freeze-dried hydrogels significantly enhances substrate stability (89–100% activity retained at 4 °C for 30 days) and facilitates rapid reagent diffusion (<5 min). The 3D-printed device (∼1.3 kg) integrates a temperature control stage (±1 °C), dark chamber, dual-excitation light sources, and smartphone-based signal acquisition. Under optimized conditions (37 °C, 40 min and 75 °C, 8 min), the assay achieves linear ranges of 0.4–3.5 U/L (colorimetric) and 0.2–4.0 U/L (fluorometric), with LODs of 0.21 and 0.11 U/L, respectively. Results correlate strongly with conventional UV–vis and ratiometric fluorescence methods. Recovery in spiked serum samples ranges from 95 to 106%, with negligible interference from common serum constituents. This integrated POCT system offers a low-cost, user-friendly, and quantitatively reliable approach for ACP detection in decentralized settings.
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