Chiral-Dependent Redox Capacitive Biosensor Using Cu-Cys-GSH Nanoparticles for Ultrasensitive H2O2 Detection

生物传感器 化学 电容感应 氧化还原 纳米颗粒 纳米技术 色谱法 组合化学 材料科学 无机化学 生物化学 计算机科学 操作系统
作者
Duygu Yılmaz Aydın,Jie Wu,Jiangang Chen
出处
期刊:Biosensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:15 (5): 315-315 被引量:4
标识
DOI:10.3390/bios15050315
摘要

Copper-thiolate nanostructures, formed through the self-assembly of cysteine (Cys) and glutathione (GSH) with copper ions, offer a versatile platform for redox-active applications due to their structural stability and chemical functionality. In this study, Cu-Cys-GSH nanoparticles were synthesized and employed to develop a capacitive biosensor for the ultralow concentration detection of hydrogen peroxide (H2O2). The detection mechanism leverages a Fenton-like reaction, where H2O2 interacts with Cu-Cys-GSH nanoparticles to generate hydroxyl radicals (·OH) through redox cycling between Cu2+ and Cu+ ions. These redox processes induce changes in the sensor’s surface charge and dielectric properties, enabling highly sensitive capacitive sensing at gold interdigitated electrodes (IDEs). The influence of chirality on sensing performance was investigated by synthesizing nanoparticles with both L- and D-cysteine enantiomers. Comparative analysis revealed that the stereochemistry of cysteine impacts the catalytic activity and sensor response, with Cu-L-Cys-GSH nanoparticles exhibiting superior performance. Specifically, the biosensor achieved a linear detection range from 1.0 fM to 1.0 pM and demonstrated an ultra-sensitive detection limit of 21.8 aM, outperforming many existing methods for H2O2 detection. The sensor’s practical performance was further validated using milk and saliva samples, yielding high recovery rates and confirming its robustness and accuracy for real-world applications. This study offers a disposable, low-cost sensing platform compatible with sustainable healthcare practices and facilitates easy integration into point-of-care diagnostic systems.
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