A Wearable Electrochemical Biosensor Utilizing Functionalized Ti3C2Tx MXene for the Real-Time Monitoring of Uric Acid Metabolite

化学 生物传感器 可穿戴计算机 电化学 尿酸 电化学气体传感器 检出限 纳米技术 电极 色谱法 物理化学 生物化学 嵌入式系统 计算机科学 材料科学
作者
Fan Chen,Jinhao Wang,Lijuan Chen,Haoliang Lin,Dongxue Han,Yu Bao,Wei Alex Wang,Li Niu
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (9): 3914-3924 被引量:139
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c05672
摘要

Wearable, noninvasive sensors enable the continuous monitoring of metabolites in sweat and provide clinical information related to an individual ’ s health and disease states. Uric acid (UA) is a key indicator highly associated with gout, hyperuricaemia, hypertension, kidney disease, and Lesch–Nyhan syndrome. However, the detection of UA levels typically relies on invasive blood tests. Therefore, developing a wearable device for noninvasive monitoring of UA concentrations in sweat could facilitate real-time personalized disease prevention. Here, we introduce 1,3,6,8-pyrene tetrasulfonic acid sodium salt (PyTS) as a bifunctional molecule functionalized with Ti 3 C 2 T x via π–π conjugation to design nonenzymatic wearable sensors for sensitive and selective detection of UA concentration in human sweat. PyTS@Ti 3 C 2 T x provides many oxidation–reduction active groups to enhance the electrocatalytic ability of the UA oxidation reaction. The PyTS@Ti 3 C 2 T x -based electrochemical sensor demonstrates highly sensitive detection of UA in the concentration range of 5 μM–100 μM, exhibiting a lower detection limit of 0.48 μM compared to the uricase-based sensor (0.84 μM). In volunteers, the PyTS@Ti 3 C 2 T x -based wearable sensor is integrated with flexible microfluidic sweat sampling and wireless electronics to enable real-time monitoring of UA levels during aerobic exercise. Simultaneously, it allows for comparison of blood UA levels via a commercial UA analyzer. Herein, this study provides a promising electrocatalyst strategy for nonenzymatic electrochemical UA sensor, enabling noninvasive real-time monitoring of UA levels in human sweat and personalized disease prevention.
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