Stretchable Oxygen-Tolerant Sensor Based on a Single-Atom Fe–N4 Electrocatalyst for Observing the Role of Oxidative Stress in Hypertension

氧化应激 电催化剂 化学 电化学 氧气 氧原子 Atom(片上系统) 纳米技术 生物化学 电极 物理化学 分子 嵌入式系统 计算机科学 有机化学 材料科学
作者
Jialu Wang,Yadong Zhe,Zhiqiang Zhao,Sichen Zhang,Wenjie Wu,Junjie Mao,Yuqing Lin
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:95 (11): 5159-5167 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c00331
摘要

Oxidative stress and related oxidative damage have a causal relation with the pathogenesis of hypertension. Therefore, it is crucial to determine the mechanism of oxidative stress in hypertension by applying mechanical forces on cells to simulate hypertension while monitoring the release of reactive oxygen species (ROS) from cells under an oxidative stress environment. However, cellular level research has rarely been explored because monitoring the ROS released by cells is still challenging owing to the interference of O2. In this study, an Fe single-atom-site catalyst anchored on N-doped carbon-based materials (Fe SASC/N-C) was synthesized, which exhibits excellent electrocatalytic activity for the reduction of hydrogen peroxide (H2O2) at a peak potential of +0.1 V and can effectively avoid the interference of O2. Furthermore, we constructed a flexible and stretchable electrochemical sensor based on the Fe SASC/N-C catalyst to study the release of cellular H2O2 under simulated hypoxic and hypertension conditions. Density functional theory calculations show that the highest transition state energy barrier from the oxygen reduction reaction (ORR), i.e., O2 to H2O, is 0.38 eV. In comparison, the H2O2 reduction reaction (HPRR) can be completed only by overcoming a lower energy barrier of 0.24 eV, endowing the HPRR to be more favorable on Fe SASC/N-C compared with the ORR. This study provided a reliable electrochemical platform for real-time investigation of H2O2-related underlying mechanisms of the hypertension process.
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