Yolk–shell nanostructured Fe₃O₄@C magnetic nanoparticles with enhanced peroxidase-like activity for label-free colorimetric detection of H₂O₂and glucose

Abstract

Herein, we have developed a simple and facile method to synthesize yolk-shell nanostructured FeO@C nanoparticles (NPs) as a multifunctional biosensing platform for the label-free colorimetric detection of HO and glucose. It was demonstrated that FeO@C yolk-shell nanostructures (YSNs) retained the magnetic properties that can be used for separation and concentration. Also importantly, the FeO@C YSNs exhibited an intrinsic peroxidase-like activity that could quickly catalyze the enzyme substrate in the presence of HO and produce a blue color. Compared to other similar ferric oxide-based NPs with different structures, FeO@C YSNs exhibited greatly enhanced catalytic activities due to their unique structural features. Moreover, steady-state kinetics indicated the catalytic behaviors in agreement with the classic Michaelis-Menten models. Taking advantage of the high catalytic activity, FeO@C YSNs were employed as novel peroxidase mimetics for label-free, rapid, sensitive, and specific colorimetric sensing of HO and glucose, suggesting that FeO@C YSNs have the potential for construction of portable sensors in the application of point-of-care (POC) diagnosis and on-site tests.

Carbon Nanozymes: Enzymatic Properties, Catalytic Mechanism, and Applications

“…Since H 2 O 2 is ap roduct of glucose oxidized by O 2 in the presence of glucose oxidase (GOx), the CNM-catalyzed reaction can be readily adapted to detect glucose (Table S2). [35,[39][40][41]44,47,50,57,61,64,67,68,75,79,80,82,91,95,96,99,111,114,120,143,149,150,154,157,170] According to the above working principle, afast, simple,sensitive,and selective colorimetric method for glucose detection with alimit of detection as low as 1 mm has been presented ( Figure 4). [35] Theprotocol is reliable enough and has been used for analysis of glucose in actual samples, such as diluted blood and commercial fruit juices.…”

First-principles study of the surface structure and stability of BC5

“…The surface structure and properties is of great importance for various applications, such as catalysis and growth of nanoparticle [29][30][31][32]. For all considered low-index surfaces, we first identify the most stable termination of each surface.…”

Kohlenstoff‐Nanozyme: Enzymatische Eigenschaften, Katalysemechanismen und Anwendungen

“…Viele klassische künstliche Peroxidasen, z. B. Metalloxide (Fe 3 O 4 , FeO x H, Fe 2 O 3 , Co 3 O 4 , ZnO, CuO, Cu 2 O, CeO 2 , CoFe 2 O 4 , WO 3 ), Metallhydroxide, Metallchalkogenide (CoSe 2 , CuS, MoS 2 ), Metallnanopartikel (Pt, Pd, Au, Ag, Fe), Legierungen (PtPd, PdNi, AuPd, AuAg, CuAg, FeCo), Metallionen (Cu 2+[152] ), Komplexe (Hämin, chirale metallosupramolekulare Komplexe, Fe‐Phenanthrolin, Preußischblau), wurden verwendet, um Hybride mit CNMs herzustellen. Wegen ihrer großen spezifischen Oberflächen, ihren ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften und ihrer vielseitigen Oberflächenchemie spielten CNMs sehr wichtige Rollen in der Regulierung der enzymatischen Aktivität von...…”

“…Es gibt einen Bedarf an praktischen Testsystemen für den H 2 O 2 ‐Nachweis in der Biologie, Medizin, Umwelttechnik und Industrie. Anhand der durch CNMs katalysierten kolorimetrischen Reaktion kann die Konzentration von H 2 O 2 durch Messung der Absorptionsänderung quantifiziert werden . CNM‐basierte künstliche Peroxidasen, die für den Nachweis von H 2 O 2 eingesetzt wurden, sind in Table S1 in den Hintergrundinformationen zusammengefasst.…”

“…Da H 2 O 2 ein Produkt der Glukose‐Oxidation durch O 2 in der Gegenwart von Glukose‐Oxidase (GOx) ist, kann die CNM‐katalysierte Reaktion zum Nachweis von Glukose verwendet werden (Table S2 in den Hintergrundinformationen) . Basierend auf diesem Prinzip wurde eine schnelle, einfache, empfindliche und selektive kolorimetrische Methode für den Glukose‐Nachweis mit einer Nachweisgrenze von 1 μ m vorgestellt (Abbildung ) .…”