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異なるマトリックス中のコカインバイオセンシングのための磁性コバルト/一本鎖抗体フラグメントで機能化されたスクリーン印刷された電極ベースのバイオセンサー
Screen printed electrode-based biosensor functionalized with magnetic cobalt/single-chain antibody fragments for cocaine biosensing in different matrices.
PMID: 32498832 DOI: 10.1016/j.talanta.2020.121111.
抄録
物質乱用のオンサイト検出は、予防と介入プロトコルの実装における重要なアプローチです。従来の方法は、重く、時間がかかり、高いレベルの物流要件を必要とすることが知られている。このように、バイオセンサーは、物質乱用の検出を簡素化し、改善するための大きな可能性を表しています。本研究では、コカイン検出のために、酸化コバルトナノ粒子と一本鎖抗体フラグメント（scFvs）を用いた機能化スクリーン印刷電極（SPE）電気化学バイオセンサーを設計した。設計したバイオセンサーの機能性を検証するために、差動パルスボルタンメトリー、サイクリックボルタンメトリー、電気化学インピーダンス分析などの異なる電気化学的手法を用いた。さらに、機能化後の表面変化を観察するためにSEM観察を行った。その結果、直線性は5.0～250ng/mL、検出限界は3.6ng/mL（n=6）であった。これらの結果は、4種類のマトリックス（血清、汗、尿、唾液）に100ng/mLのコカインを添加したQ-TOF/MSで得られた結果と比較しました。その結果、バイオセンサーは従来法と比較して高い性能を示した。さらに、異なる干渉因子の存在下では、バイオセンサーの選択性が示され、設計されたプラットフォームはコカインのみに特異的な応答を示した。結論として、設計されたバイオセンサは、SPEの再利用が可能であることに加えて、ポータブルで現場での物質乱用検知に大きな可能性を秘めており、そのようなアプリケーションに関連するコストを削減することができます。
On-site detection of substance abuse is an important approach in the preventive and intervention protocols implementations. It is known that the traditional methods are heavy, time-consuming, and need a high level of logistical requirements. As such, biosensors represent great potential to simplify and improve substance abuse detection. In this study, we have designed a functionalized screen-printed electrode (SPE) electrochemical biosensor with cobalt oxide nanoparticles and single-chain antibody fragments (scFvs) for cocaine detection. Different electrochemical techniques such as differential pulse voltammetry, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectrometry were used to examine the functionality of the designed biosensor. Furthermore, SEM observations were performed to observe the surface changes after functionalization. The results showed that the linearity ranged between 5.0 and 250 ng/mL and a detection limit of 3.6 ng/mL (n = 6). These results were compared to results obtained from Q-TOF/MS where four different matrices (serum, sweat, urine, and saliva) were spiked with 100 ng/mL cocaine and were analyzed by both methods (Biosensor and Q-TOF/MS). Results showed a higher performance of the biosensor compared to traditional methods. In addition, the selectivity of the biosensor was shown in the presence of different interferents where the designed platform showed a specific response to only cocaine. In conclusion, the designed biosensor proposes great potential for portable and on-site substance abuse detection in addition to boasting the capability of reuse of the SPE and thus, reducing the costs related to such applications.
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