导读：
同时便携式检测多种酶活性的新策略对于临床诊断和家庭护理至关重要。然而，迄今为止开发的方法普遍存在成本高、程序繁琐且严重依赖大型仪器的问题。为了满足快速、准确、现场检测多种酶活性的实际要求，近期，南华大学喻翠云教授团队开发了一种智能手机辅助的可编程微流控纸基分析装置（μPAD），该装置利用比色和光热双信号实现了对碱性磷酸酶（ALP）和丁酰胆碱酯酶（BChE）的同时、准确和可视化定量检测。相关研究以“A Programmable Microfluidic Paper-Based Analytical Device for Simultaneous Colorimetric and Photothermal Visual Sensing of Multiple Enzyme Activities”为题目，发表在期刊《Analytical Chemistry》上。
本文要点：
1、本研究开发了一种智能手机辅助的可编程微流控纸基分析装置（μPAD），该装置利用比色和光热双信号实现了对碱性磷酸酶（ALP）和丁酰胆碱酯酶（BChE）的同时、准确和可视化定量检测。
2、该μPAD传感平台的操作基于两个连续步骤：钴掺杂介孔氧化铈（Co-m-CeO2）在中性条件下具有显著的过氧化物酶样活性，首先催化分解H2O2，有效将无色的3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）转化为蓝色氧化TMB（oxTMB）。
3、随后将ALP或BChE添加到其各自的底物中会产生一种还原性物质，该物质可以在一定程度上抑制oxTMB的转化，从而降低oxTMB的比色和光热信号。
4、这种两步生物酶-纳米酶级联反应体系简单高效，检出限优于其他纸基检测方法，并成功应用于临床血清样品分析，为临床诊断和家庭护理中多种酶活性的快速、准确、现场可视化检测提供了一种有前景的方法。
全文总结/概括：
使用μPAD（微流控纸基分析装置）进行酶检测的优势包括：
1、灵敏度高：μPAD结合比色和光热检测技术，能够提供高灵敏度的检测结果。
2、多指标同时检测：能够同时检测多种酶活性，提高了检测效率和准确性。
3、快速反应：μPAD的创新设计使得样品分析过程更加快速，显著减少了从采样到获取结果的时间。
4、样品和试剂用量少：与传统检测方法相比，μPAD需要的样品和试剂量更少，降低了资源消耗。
5、环境友好：纸质材料可生物降解，减少了环境污染，符合当前对环保和可持续发展的需求。
6、集成度高：可以在一个μPAD上集成多个反应单元，实现复杂样品的多步检测。
7、数据可视化：结合智能手机等设备，检测结果可以直观展示，易于分析和记录。
8、适用于资源有限环境：不需要大型仪器或复杂设备，适合在资源有限或偏远地区使用。
为什么选择Co-m-CeO2作为纳米酶用于碱性磷酸酶（ALP）和丁酰胆碱酯酶（BChE）的检测？
1、优异的催化活性：Co-m-CeO2在中性条件下表现出显著的过氧化物酶样活性，能够有效催化H2O2的分解，生成反应性物质（如1O2和O2•-），这对于后续的比色和光热检测至关重要。
2、低检测限：使用Co-m-CeO2可以实现对ALP和BChE的更低检测限，相较于其他纸基检测方法，灵敏度更高，能够更准确地检测酶活性。
3、良好的稳定性和选择性：Co-m-CeO2纳米酶在不同环境条件下表现出良好的稳定性，并且对ALP和BChE具有较强的选择性，减少了干扰物质的影响。
Co-m-CeO2纳米酶增强的μPAD传感平台在临床诊断中具有以下潜在应用：
1、肝脏疾病诊断：通过检测ALP和BChE等酶活性，μPAD平台可用于肝脏疾病的早期诊断和监测，如肝硬化、肝炎等。
2、心血管疾病监测：该平台可以扩展用于检测心肌酶类标志物，帮助评估心脏健康状况和监测心血管疾病。
3、肿瘤标志物检测：利用其高灵敏度，μPAD平台可用于检测肿瘤相关酶或蛋白质，辅助肿瘤的早期诊断和治疗监测。
4、炎症和免疫反应评估：通过检测炎症过程中释放的特定酶类，μPAD平台有助于评估炎症反应和免疫状态。
5、药物疗效和安全性评估：在药物临床试验和治疗监测中，μPAD平台可以用于监测药物及其代谢产物，评估药物疗效和潜在副作用。
6、个性化医疗和精准治疗：结合患者的基因和代谢特征，μPAD平台可以为个性化医疗提供定制化的生物标志物检测，实现精准治疗。
7、家庭和远程医疗：由于其便携性和易用性，μPAD平台适合家庭医疗和远程医疗应用，使患者能够在家中进行自我检测和健康管理。
图1：（a）Co-m-CeO2的TEM图像、（b）HAADF-STEM图像和（c-f）EDS元素图谱。（g）Co-m-CeO2的XPS全扫描光谱以及（h）Ce3d、（i）Co2p、（j）O1s和（k）C1s的相应高分辨率光谱。（l）Co-m-CeO2的XRD图谱。
图2：（a）TMB（I）、TMB+H2O2（II）、Co-m-CeO2（III）、Co-m-CeO2+H2O2（IV）、Co-m-CeO2+TMB（V）和Co-m-CeO2+H2O2+TMB（VI）的紫外-可见光谱和相应的颜色变化。Co-m-CeO2对（b）TMB和（c）H2O2的催化动力学曲线。（d）不同浓度的IPA、NaN3或BQ下Co-m-CeO2+H2O2+TMB反应体系的相对活性。（e）不同反应体系的吸光度（空白：Co-CeO2+H2O2+TMB；底物：AAP或BTCh；酶：ALP或BChE）。
图3：随着（a-c）ALP和（g-i）BChE浓度的增加，Co-m-CeO2+TMB+H2O2体系的紫外-可见光谱、线性关系和相应的彩色照片。随着（d-f）ALP和（j-l）BChE浓度的增加，Co-m-CeO2+TMB+H2O2体系的光热曲线、线性关系以及相应的光热图像。
图4：（a）用于双模式视觉定量检测的可编程μPAD传感平台示意图。ΔI或ΔT与（b,d）ALP或（c,e）BChE之间的关系。插图显示了相应的光学和热图像。
图5：（a）比色和（b）光热模式下检测ALP和BChE的反应体系的抗干扰性。用比色法和光热法检测10份人血清样本中不同（c,e）ALP 和（d,f）BChE活性的热图。样本1-5和6-10分别与肝功能正常和异常的个体相关。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c02389
