CuOナノロッドを用いたラッカーゼ模倣酵素による高感度比色・電気化学デュアルバイオセンサーの開発生きた細胞のエピネフリン分析への応用

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Colloids Surf B Biointerfaces.2020 Jun;195:111228. S0927-7765(20)30584-1. doi: 10.1016/j.colsurfb.2020.111228.Epub 2020-06-30.

CuOナノロッドを用いたラッカーゼ模倣酵素による高感度比色・電気化学デュアルバイオセンサーの開発生きた細胞のエピネフリン分析への応用

CuO nanorods as a laccase mimicking enzyme for highly sensitive colorimetric and electrochemical dual biosensor: Application in living cell epinephrine analysis.

Negar Alizadeh
Shadi Ghasemi
Abdollah Salimi
Tsun-Kong Sham
Rahman Hallaj

PMID: 32668372 DOI: 10.1016/j.colsurfb.2020.111228.

抄録

エピネフリン(EP)を測定するための高感度比色・電気化学センサーをCuOナノロッド(NR)をベースに開発し、生細胞からの放出エピネフリン(EP)の検出への適用性を評価した。銅酸化物ナノロッドは、低温で効率的な方法で作製し、走査型電子顕微鏡(SEM),透過型電子顕微鏡(TEM),粉末X線回折(XRD),X線光電子分光法(XPS),フーリエ変換赤外分光法(FTIR),エネルギー分散型X線分光法(EDX)により特徴付けを行った。CuO NRはラッカーゼ様の活性を示し、エピネフリンを酸化して着色した生成物を生成することがわかった。また、ドーパミン,アスコルビン酸,尿酸などの一般的な干渉剤による干渉は観察されなかった。比色センサーは0.6～18μMの直線的な範囲で、検出限界は0.31μMであった。さらに、電気化学的な研究では、CuO NRがエピネフリン酸化に対して優れた触媒活性を示すことが示された。また、示差パルスボルタンメトリー信号は、エピネフリン濃度の増加に伴って増加し、検出限界は20nMであった。最後に、提案したセンサーは、PC12細胞から放出されるエピネフリンのリアルタイムモニタリングに応用され、CuO NRが生物学的応用における高性能センサー開発のための新たなプラットフォームを提供することを示した。

A sensitive colorimetric and electrochemical sensor for measuring of epinephrine (EP) was developed based on CuO nanorods (NRs), and applicability of the sensor for detection of release epinephrine (EP) from living cells was evaluated. The CuO NRs was prepared using a facile and efficient method in low temperature and characterized by Scanning electron microscopy (SEM), Transmission electron microscopy (TEM), X-ray powder diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). The CuO NRs exhibited laccase-like activity and could oxidize epinephrine (EP) to a colored product. No interference from the common interfering agents such as dopamine, ascorbic acid and uric acid was observed. Colorimetric sensor demonstrated a linear range of 0.6-18 μM with detection limit of 0.31 μM. Furthermore, the electrochemical study showed CuO NRs exhibited excellent electrocatalytic activity towards epinephrine oxidation. Differential pulse voltammetry signals increase with increasing of EP concentration in the range 0.04-14 μM, with a detection limit of 20 nM. Finally, the proposed sensor applied to perform real-time monitoring of epinephrine released by PC12 cells, indicating that CuO NRs provide a new platform for developing high-performance sensors in biological applications.