一、研究背景

病原体是引起疾病的传染因子，包括病毒、细菌、真菌等。病原体通过各种感染进入人体，每年在全世界造成1500多万人死亡例如，结核病（TB）是一种由结核分枝杆菌（MTB）引起的慢性传染病，主要通过呼吸道传播。结核病发病率和死亡率很高，是世界上低收入和中等收入国家的十大死因之一。Ag85B蛋白是结核分枝杆菌的主要分泌蛋白，可以在不破裂细胞的情况下获得，在结核分枝杆菌的临床诊断中具有很高的应用潜力。大肠杆菌（E. coli）是一种常住在人和动物肠道中的细菌。大肠杆菌O157:H7是出血性大肠杆菌中的主要致病菌，主要通过水和食物传播，造成环境污染和食品安全问题糖尿病是以高血糖为特征的代谢性疾病，是一种常见病和多发病。葡萄糖是糖尿病的重要检测指标之一因此，病原微生物的即时检测（POCT）在生物医学、临床诊断、环境监测、食品安全等领域具有重要意义。

电化学传感器具有检测时间短（5-10 min）、灵敏度高、抗干扰性强、操作简单、成本低等优点，具有实现病原微生物现场快速检测的潜力。近年来，基于不同材料的电化学传感器得到了广泛的应用，其中纸基电化学传感器因其具有柔韧性、生物相容性、环保性、成本低、可获得性广、亲水性等特点而成为研究热点然而，对于电化学生物传感器而言，在短时间内获得高灵敏度、高选择性、高特异性以及检测结果的低检出限（LOD）等方面仍有改进的空间。

作为一种有机聚合物，醋酸纤维素（CA）具有生物相容性好、价格低廉、热稳定性和化学稳定性好、与其他物质结合亲和力高的特点。因此，醋酸纤维素纳米纤维（CA NFs）具有许多优点，其中高比表面积和高互连性与传感器的传感特性有关CA - NFs的这些特性允许各种生物医学应用，即在生物传感器中作为固定生物分子的结构这些纤维具有更多的结合和捕获能力，因为它们自己相互连接的三维结构，是更好的固定生物分子（抗体，DNA和酶），用于检测不同的分析物，如有机化合物，细菌，和癌症生物标志物。分别。Li等人通过将酶包裹在金属有机框架中并将其固定在纳米纤维膜上，制备了用于葡萄糖检测的生物传感器Zhai等人制备了一种基于CA - NF膜的电化学传感器，用于循环伏安法检测抗坏血酸31Ahmadi等人提出了一种基于还原氧化石墨烯修饰电化学传感器的再生纤维素纳米纤维，可以检测葡萄糖（3.3-27.7 mM）Fakude等人制备了碳纳米纤维分散体，将其固定在链霉亲和素修饰的传感器表面，以检测镉（ii）然而，制备低成本、高灵敏度、选择性、特异性和操作简单的电化学生物传感器仍然是一个挑战。

本研究提出了一种简单、廉价、一次性的电化学生物传感器。首先，采用静电纺丝设备技术将CA - nf直接收集在纸基丝网印刷（PBSP）电极上。然后将生物分子固定在CA nf修饰的PBSP电极上。采用葡萄糖氧化酶（GOD）、Ag85B抗体和大肠杆菌O157:H7单克隆抗体对传感器进行修饰，分别检测葡萄糖、Ag85B蛋白和大肠杆菌O157:H7。采用典型的电化学分析方法，如CV、DPV和计时电流法进行传感，并将结果与裸电极的结果进行比较。CA nf修饰的PBSP生物传感器在所有测试中均表现出良好的性能。静电纺CA nf修饰PBSP电化学生物传感器在生物医学、临床诊断、环境监测、食品安全等方面具有广泛的应用前景。

二、摘要

纸基电化学传感器具有柔韧性强、生物相容性好、环保、成本低、可获得性广、亲水等特点，非常适合生物检测领域的开发和应用。这项工作提出了静电纺醋酸纤维素纳米纤维（CA - NF）装饰纸基丝网印刷（PBSP）电极电化学传感器。通过静电纺丝设备技术在PBSP电极上直接收集CA NFs，优化电压为16 kV，作用时间为10 min。采用不同的生物敏感材料对传感器进行功能化，以检测不同的目标，并通过CV、DPV和计时电流法对传感器的传感能力进行了评估。测试结果表明,CA NFs PBSP电极提高了检测灵敏度,传感器显示,稳定性好,可重复性和特异性(p < 0.01, N = 3)。CA的电化学传感NF-decorated PBSP电极表现出短检测∼5 - 7分钟时间和检测范围1 nmol毫升−−1 1 - 100μ摩尔毫升、fg 100毫升−1 - 10μg毫升−1和1.5×102 - 106 CFU毫升−−1和限制检测0.71 nmol毫升1,89.1 fg mL−1,对葡萄糖和CFU 30毫升−1,Ag85B蛋白和大肠杆菌O157:H7。这些CA nf修饰的PBSP传感器可作为一种通用的电化学工具，用于检测有机物质、蛋白质、细菌等，有望实现病原微生物的即时检测，在生物医学、临床诊断、环境监测、食品安全等方面具有广阔的应用前景。

三、结论

在这项研究中，我们设计了一种简单、廉价、一次性的CA nf装饰纸基电化学生物传感器，用于检测葡萄糖、Ag85B蛋白和大肠杆菌O157:H7。采用简单的静电纺丝设备技术，将电纺丝后的CA - NFs直接粘合到PBSP电极上。采用典型的电化学传感方法，包括CV、DPV和计时电流法，对CA nf修饰的PBSP传感器的性能进行了评价。该传感器对葡萄糖、Ag85B蛋白和大肠杆菌O157:H7的检测范围分别为1 nmol mL−1 - 100 μmol mL−1、100 fg mL−1 - 10 μ mL−1和1.5 × 102-106 CFU mL−1，检测时间为~ 5-7 min。此外，CA nf修饰的PBSP电极具有良好的稳定性、重复性和特异性。综上所述，静电纺CA - NF修饰显著提高了PBSP电极的检测性能，CA - NF修饰的PBSP电极可以作为通用的电化学传感器用于典型的电化学测试。这些CA nf修饰的PBSP电极可以检测有机物、蛋白质和细菌，有望实现病原微生物的POCT，在生物医学、临床诊断、环境监测、食品安全等领域具有广泛的应用前景。

图1.(a)基于电纺纳米纤维的电化学生物传感器器件原理图；(b) CA nf修饰PBSP电极的制备工艺。

图2.静电纺丝条件的优化。(a)不同电压下的SEM图像；(b)不同电压下的平均直径分布；(c)不同电压（11、16、21 kV，静电纺丝时间= 10 min）下CA NFs的葡萄糖（1 μmol mL−1）检测响应；(d)不同电纺丝时间（5、10、15 min，电压= 16 kV）下CA - nf对葡萄糖（1 μmol mL−1）的检测响应。（Ip：峰值电流值，I：基极电流值）。