​【科教在线】第57期：韩国成教授团队取得系列科学研究成果

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近日，我校生命与环境科学学院韩国成教授科研团队硕士研究生赵祺、山晨薇、许江涛、胡慧婷在生物传感器领域权威SCI期刊《International Journal of Biological Macromolecules》《Microchemical Journal》和《Journal of The Electrochemical Society》发表5篇高水平研究论文，博士研究生詹涛成功申请加拿大多伦多大学公派留学国家留学基金委（CSC）资助项目并获得广西科学技术奖-自然科学奖三等奖。

赵祺以第一作者在《International Journal of Biological Macromolecules》（在JCR分区Q1，中科院分区1区Top，最新影响因子为7.7）上发表的论文题为“Construction and evaluation of AuNPs enhanced electrochemical immunosensors with [Fe(CN)6]3-/4-and PPy probe for highly sensitive detection of human chorionic gonadotropin”。陈真诚教授和硕士生山晨薇为共同第一作者，导师韩国成教授为通讯作者，冯小珍高级工程师和加拿大多伦多大学Heinz-Bernhard Kraatz教授为共同通讯作者，我校为第一完成单位。人绒毛膜促性腺激素（HCG）是确定妊娠的重要蛋白，也是滋养细胞疾病的标志物，可用于监测早孕和宫外孕。本研究提出了一种采用电化学免疫传感器增强HCG检测的创新方法，在传感器平台中使用了HCG抗体和金纳米粒子（AuNPs）。本研究对两种传感器配置进行了优化：BSA/Anti-HCG/c-AuNPs/MEL/e-AuNPs/SPCE以[Fe(CN)6]3-/4-作为氧化还原探针，以及BSA/Anti-HCG/PPy/e-AuNPs/SPCE以聚吡咯（PPy）作为氧化还原探针。第一个传感器在0.10-500.00 pg mL-1HCG范围内具有线性相关性，检测限(LOD)为0.06 pg mL-1，灵敏度为32.25μA pg-1mL cm-2，在人体血清样品中RSD <2.47%，回收率为101.03-104.81%。第二个传感器扩大了HCG检测范围（40.00 fg mL-1-5.00 pg mL-1），检测限为16.53 fg mL-1，灵敏度为15.76μA fg-1mL cm-2，在人体血清样品中RSD <1.04%，回收率为94.61-106.07%。这些电化学免疫传感器在生物标记物检测方面具有巨大潜力，可为先进的医疗诊断提供更高的灵敏度、选择性和稳定性。

山晨薇以第一作者在《Microchemical Journal》（在JCR分区Q1，中科院分区2区Top，最新影响因子为4.9）（在JCR分区Q1，中科院分区2区Top，最新影响因子为4.9）上发表了题为“Fabrication of block-shaped Sb2O3and flower-shaped CoNPs nanocomposites for ultrasensitive antioxidant quercetin sensing and its electrooxidation mechanism”的高水平论文，这是她硕士期间发表的第3篇SCI论文。硕士生胡慧婷为共同第一作者，导师韩国成教授为通讯作者，冯小珍高级工程师和加拿大多伦多大学Heinz-Bernhard Kraatz教授为共同通讯作者，我校为第一完成单位。槲皮素（Quercetin，Qu）是一种天然的五羟黄酮，被认为是一种有效的自由基清除剂，能抵御氧化对细胞的损伤，并具有雌激素和抗癌活性。该研究分别制备了基于块状氧化锑（Sb2O3）和多壁碳纳米管（MWCNTs）的Sb2O3@MWCNTs/GCE传感器和基于吡咯（Pyrrole）和花状钴纳米颗粒（CoNPs）的Pyrrole/CoNPs/GCE传感器，用于超灵敏地检测槲皮素，因为这些改性纳米复合材料对槲皮素具有极佳的催化作用。相比之下，第二种传感器可以超灵敏地检测槲皮素，其线性范围更广（0.10-100.00μmol·L-1），检测限为0.033μmol·L-1，灵敏度为8.98µA·μmol·L-1·cm-1。此外，这两种传感器都具有良好的重复性、稳定性和选择性。这两种传感器对银杏叶中抗氧化剂槲皮素的回收率在95.50%至103.86%之间，槲皮素分别占药片中黄酮醇苷（19.20 mg）的35.60%和39.57%。这些研究证明了这两种传感器在实际检测中的潜在应用价值。

许江涛以第一作者在《Microchemical Journal》（在JCR分区Q1，中科院分区2区Top，最新影响因子为4.9）上发表的论文题为“One-step construction of MWCNTs@MoS2@Chitosan film for ciprofloxacin sensing and its oxidation mechanism”，其导师冯小珍高级工程师为通讯作者，韩国成教授和加拿大多伦多大学Heinz-Bernhard Kraatz教授为共同通讯作者，我校为第一完成单位。环丙沙星（CIP）作为一种抗生素被广泛应用于医疗领域，其滥用或不当处置会带来水污染的风险，因此迫切需要加速检测方法。羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs）和二硫化钼（MoS2）共同分散在壳聚糖（CS）溶液中，有利于薄膜的形成。MWCNTs的高比表面积、MoS2的优异半导体特性以及复合纳米材料薄膜的整体亲水性，显著增加了活性位点和反应接触面积。采用滴涂法在玻璃碳电极（GCE）表面制备了MWCNTs@MoS2@壳聚糖薄膜，利用差分脉冲伏安法（DPV）检测CIP，检测范围为0.50-1200.00 µmol/L，线性方程为: IL(µA) = 0.09440 c(µmol/L) + 1.9695, R2= 0.9961，（0.50-100.00 µmol/L）；IH(µA) = 0.03050 c(µmol/L) + 9.6151, R2= 0.9912,（100.00-1200.00 µmol/L）。检测限（LOD）为0.16 µmol/L。同时，该传感器还具有出色的重现性、稳定性和选择性，在几种真实水样中，使用加标回收法验证了传感器的性能，回收率在98.38%至113.53%之间，相对标准偏差（RSD）小于4.80%，同时，这些结果的准确性还通过紫外可见（UV-vis）光谱进行了验证。此外，我们还提出了CIP的电氧化机制，其中涉及哌嗪环上两个电子和两个质子的反应。

胡慧婷以第一作者在《Microchemical Journal》上发表的论文题为“Porous mesh poly-L-Cysteine and lamellar polynicotinamide-based electrochemical sensor for melatonin detection in milk and tablet”，其导师韩国成教授为通讯作者，冯小珍高级工程师和加拿大多伦多大学Heinz-Bernhard Kraatz教授为共同通讯作者，我校为第一完成单位。褪黑素（MT）由松果体分泌，能够调节生物钟和睡眠周期，具有抗炎、促进组织再生和器官修复的作用，预防热损伤及缓解药物诱导的肾毒性。它在COVID-19治疗中展现抗病毒潜力，并具有增强免疫、抗氧化和抗炎的特性，同时对精神疾病和乳腺癌有治疗作用，通过抑制NLRP3炎症反应还能减轻肺部损伤。作者开发了一种用于检测MT的电化学传感器，通过在玻碳电极（GCE）上电聚合网状聚L-半胱氨酸（L-Cys）和层状聚烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）制备了该传感器。采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）对其形貌和元素组成进行了表征，并通过电化学阻抗谱（EIS）、循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）研究了MT的电化学行为。结果显示MT在0.1至1000.0 µmol/L的浓度范围内呈现良好的线性关系，其中线性方程为Ip(µA) = 0.0978c(µmol/L) + 0.0981，R²= 0.9937（浓度范围：0.1-40.0 µmol/L），以及Ip(µA) = 0.0137c(µmol/L) + 5.2741，R²= 0.9636（浓度范围：40.0-1000.0 µmol/L）。牛奶样品的回收率为98.71-107.98%，片剂样品的相对标准，偏差（RSD）低于8.60%。此外，通过计算电子轨道和电子云图，作者推导出了MT的电氧化位点及其反应过程。这项研究为药物分析中的MT检测提供了灵敏且精确的平台，未来可能发展便携式传感器以检测更多目标物质。

胡慧婷以第一作者在《Journal of The Electrochemical Society》（在JCR分区Q2，中科院分区3区，最新影响因子为3.1）上发表的论文题为“Construction of rGO and GSH Electrochemical Sensor by Electrodeposition for Naringenin Sensing”，其导师韩国成教授为通讯作者，冯小珍高级工程师和加拿大多伦多大学Heinz-Bernhard Kraatz教授为共同通讯作者，我校为第一完成单位。槲皮素（NRG）是一种存在于柑橘类水果中的黄烷酮化合物，具有多种有益的生理活性功能，如抗氧化、抗炎和降血糖。在本研究中，通过电沉积构建了传感器，用于NRG的电化学研究。还原氧化石墨烯（rGO）和谷胱甘肽（GSH）显示出协同放大NRG信号的能力，并在10.00–1200.00μmol/L的浓度范围内具有良好的线性。线性方程为Ip= 0.0776logc+ 0.9353（R2= 0.9901），检出限为3.33μmol/L.该传感器在重现性、稳定性和选择性方面表现良好，从而能够检测西红柿中的NRG。传感器的平均回收率为95.68%至111.92%，RSD小于11.89%。紫外-可见光谱（UV-vis）也验证了结果。此外，采用密度泛函理论来分析NRG的前轨道，推测NRG经历了两个电子和两个质子的转移。该传感器采用的原位电沉积方法有可能促进未来便携式检测设备的发展。

詹涛已经成功获得国家留学基金管理委员会（CSC）“2024年国家建设高水平大学公派研究生项目”国家公派留学资格，将赴加拿大多伦多大学（University of Toronto）进行联合博士培养，师从Heinz-Bernhard Kraatz教授，研究方向为生物医学检测与仪器。詹涛同学硕博连读期间师从韩国成教授，在生物医学传感及智能仪器重点实验室从事科研工作，目前以第一作者或共同第一作者已发表SCI论文6篇，发明专利授权1项。今年8月份，自治区科技厅公布了2023年广西科学技术奖成果名单，课题组詹涛与其导师韩国成教授申报的科技成果荣获自然科学奖三等奖（詹涛排名第三，其导师排名第一）。

原文链接：

1.Q.Zhao, Z.Chen, C.-W.Shan, T.Zhan, C.-Y.Han,G.-C.Han, X.-Z.Feng, H.-B.Kraatz, Construction and evaluation of AuNPs enhanced electrochemical immunosensors with [Fe(CN)6]3-/4-and PPy probe for highly sensitive detection of human chorionic gonadotropin. International Journal of Biological Macromolecules,273 (2024) 132963.https://:doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132963.

2.C.-W. Shan, H.-T. Hu, Z. Chen, G.-C. Han, X.-Z. Feng, H.-B. Kraatz, Fabrication of block-shaped Sb2O3and flower-shaped CoNPs nanocomposites for ultrasensitive antioxidant quercetin sensing and its electrooxidation mechanism.Microchemical Journal,201 (2024) 110661.https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.110661.

3.J.-T. Xu, H.-T. Hu, Z. Chen, X.-Z. Feng, G.-C. Han, H.-B. Kraatz, One-step construction of MWCNTs@MoS2@Chitosan film for ciprofloxacin sensing and its oxidation mechanism.Microchemical Journal, 205 (2024) 111184.https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.111184.

4.H.-T. Hu, J.-T. Xu, B.-L. Li, Chen, X.-Z. Feng, G.-C. Han, H.-B. Kraatz, Porous mesh poly-L-Cysteine and lamellar polynicotinamide-based electrochemical sensor for melatonin detection in milk and tablets. Microchemical Journal, 207 (2024) 111799.https://doi.org/10.1016/j.microc.2024.111799.

5.H.-T. Hu, J.-T. Xu, B.-L. Li, Chen, X.-Z. Feng, G.-C. Han, H.-B. Kraatz, Construction of rGO and GSH electrochemical sensor by electrodeposition for naringenin sensing,Journal of The Electrochemical Society, 171 (2024) 072501.https://doi.org/10.1149/1945-7111/ad5b21.