An Artificial Enzyme: How Nanoconfinement Allows the Selective Electrochemical Detection of Glucose Directly in Whole Blood

材料科学 纳米颗粒 基质(水族馆) 纳米技术 选择性 钝化 胶体金 化学工程 组合化学 催化作用 有机化学 化学 生物 工程类 生态学 图层(电子)
作者
Tânia M. Benedetti,Samuel V. Somerville,Johanna Wordsworth,Yasuaki Yamamoto,Wolfgang Schuhmann,Richard D. Tilley,J. Justin Gooding
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (30) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202400322
摘要

Abstract Nanoparticles that catalyze biochemically relevant reactions are promoted as alternative enzymes. The application of such artificial enzymes is severely restricted by poor selectivity in biological fluids; mainly because the reactions occur at active sites on the exterior surface of the nanoparticle. Enzymes in contrast typically have their active sites down a nanoconfined substrate channel where the reaction occurs in different solution conditions to bulk solution which aids in achieving selectivity for the substrate. Herein the same 3D structure of enzymes is mimicked in nanoparticles to allow selective reactions in biological fluids. This is achieved using a gold nanoparticle coated in a conducting mesoporous carbon shell where isolated nanochannels lead to the gold surface. It can detect glucose in whole blood with no interference from other species. This is achieved by electrochemically pulsing the artificial enzymes to generate the locally required alkalinity for an effective electrocatalytic reaction in the nanochannels, as well as expelling fouling agents that will otherwise passivate the electrocatalytic reaction. The artificial enzymes are shown to be capable of detecting glucose in biological fluids, without loss of signal, for several months. This study shows how nanoconfinement in nanoparticles can be exploited to potentially allow a broad range of species to be selectively detected in biological fluids with stability that can exceed that of enzymes.
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