Talanta：基于铜-铂双金属纳米粒子修饰的N掺杂生物质多孔碳纤维复合材料的防污ONOO-电化学传感器

过氧亚硝基阴离子（ONOO⁻）作为活性氮（RNS）的关键成员，是通过一氧化氮自由基（·NO）与超氧阴离子自由基（O2^·−）之间的扩散限制反应生成的。ONOO⁻具有强氧化性且稳定性差，半衰期仅为0.9秒。它能与核酸、脂质和蛋白质发生反应，最终导致阿尔茨海默病、炎症、癌症及心血管疾病等多种疾病的发病机制。因此，精准检测生物系统中的ONOO⁻水平对相关疾病的诊断和治疗至关重要。目前已有多种检测ONOO⁻的技术手段，其中电化学方法因其便捷性、成本效益、现场分析能力以及高灵敏度和选择性而备受关注。然而，电化学传感器监测复杂生物介质（细胞、血液）中的RNS时容易出现电极污染问题，限制了其应用。

      为此，桂林理工大学李琳团队开发了一种基于铜-铂双金属纳米颗粒/N掺杂生物质多孔碳纤维（Cu-PtNPs/N-BCF）的防污电化学传感平台，可直接检测ONOO⁻。循环伏安法测试表明，采用Co²⁺和Zn²⁺摩尔比为1：1合成的Cu-PtNPs/N-BCF-2纳米复合材料，在ONOO⁻电化学氧化反应中表现出优异的电催化活性。在最优条件下，该传感器显示出宽的线性范围（2.970×10⁻⁵–63.80 μM)和低的检测限（9.900×10⁻³ nM）。经过系列对照测试发现，Cu-PtNPs/N-BCF-2/GCE相比裸电极，展现出更优异的表面亲水性和更强的抗生物污染能力。该传感器对含牛血清白蛋白（BSA）的血清样本中ONOO⁻的检测具有高的灵敏度。此外，采用电化学方法验证了抗坏血酸（AA）在用血清模拟复杂生物介质环境中的保护作用，成功实现了血清样本中ONOO⁻的检测。

• 高性能复合材料的合成：通过简单便捷的合成方法制备的Cu-PtNPs/N-BCF-2复合材料，在ONOO^-氧化反应中展现出卓越的电催化活性。

• 宽线性范围与低检测限：传感器在线性范围内表现优异，覆盖六个数量级（2.970×10^-5至63.80 μM），在水溶液中检测限低至9.900×10^-3 nM。

• 增强生物传感抗性：通过系列对照实验，证实Cu-PtNPs/N-BCF-2/GCE传感器相较于裸电极，展现出更优异的表面亲水性和更强的生物污染抗性。

• 复杂生物介质中的应用：已成功验证该传感器在含BSA的复杂生物介质血清中对ONOO⁻具有良好的检测灵敏度。此外，采用电化学策略验证了AA在血清模拟的复杂生物环境中的保护作用，充分展现了该传感器的实际应用价值。

  
  

图1. （A）N-BCF-1、（B）N-BCF-2和（C）N-BCF-3的SEM；（D）N-BCF-1、N-BCF-2和N-BCF-3的XRD；（E）N-BCF-1、N-BCF-2和N-BCF-3的拉曼光谱；（F）N-BCF-1、N-BCF-2和N-BCF-3的XPS；（G）N-BCF-1、N-BCF-2和N-BCF-3中的C、N和O的元素含量；（H）不同电极在含有0.1 M KCl的10 mM [Ru(NH₃)₆]Cl₃溶液中的CV曲线；（I）不同电极在含有26 μM ONOO^- 的0.02 M PBS（pH=7.4）中的CV曲线。

图2.  (A) Cu-PtNPs和(B) Cu-PtNPs/N-BCF-2的SEM；(C) Cu-PtNPs/N-BCF-2的TEM（内插图为Cu-PtNPs的粒径分布）；(D) Cu-PtNPs/N-BCF-2的HRTEM（内插图为Cu-PtNPs/N-BCF-2的SAED）；(E) Cu-PtNPs/N-BCF-2的元素映射图；(F) Cu-PtNPs/N-BCF-2的EDS图。

图3. (A) 在含有26 μM ONOO^-的0.02 M PBS（pH = 7.4）溶液中，不同修饰电极的CV曲线（扫描电位：+0.2 V至+1.1 V，扫描速率：50 mV/s）；(B) 图(A)中不同修饰电极上ONOO^-的氧化峰电流。

图4. (A) 在含有不同浓度ONOO^-（插图：ONOO^-浓度范围为2.970×10⁻⁵至9.602×10^-2 μM）的0.02 M PBS（pH = 7.4）溶液中，Cu-PtNPs/N-BCF-2/GCE的安培计时i−t响应，施加电位：+1.00 V；(B) 电流响应与ONOO^-浓度之间的线性关系。插图(a)为图（B）中的蓝色方框所示的ONOO-浓度范围为2.970×10⁻⁵至9.602×10^-2 μM；插图(b)显示ONOO^-浓度范围为9.602×10^-2至63.80 μM。

图5.  在含有20 μM ONOO^-的0.02 M PBS（pH = 7.4）溶液中，分别对（A）裸电极GCE和（C）Cu-PtNPs/N-BCF-2/GCE进行DPV测试，测试前（玫瑰色曲线）和浸入含有10 mg/mL BSA的PBS溶液30分钟后（蓝色曲线）的结果图； (B)裸电极GCE和(D)Cu-PtNPs/N-BCF-2/GCE在0.02 M PBS（pH = 7.4）溶液中，分别在无（玫瑰色曲线）和有（蓝色曲线）10 mg/mL BSA存在时的ONOO^-的安培计时电流响应；(E)裸电极GCE和(F)Cu-PtNPs/N-BCF-2/GCE的接触角。

图6. 在纯血清中（黑色曲线）、含10 mg/mL BSA的血清中（蓝色曲线）以及将电极浸入含10 mg/mL BSA的血清中30 min后（红色曲线），分别对裸电极GCE（A和B）和Cu-PtNPs/N-BCF-2/GCE（C和D）进行了安培计时响应（施加电位：+1.00 V）并绘制校准曲线，其中血清中ONOO^-为连续添加；（E）电极在BSA中浸泡30 min后的灵敏度（红色）与浸泡前的灵敏度，以及电极在含BSA血清中的灵敏度与不含BSA的纯血清中的灵敏度（蓝色）。插图显示了不同条件下裸GCE（B）和Cu-PtNPs/N-BCF-2/GCE（D）的斜率值。

本研究采用铜-铂纳米粒子/氮化硼碳纤维-2（Cu-PtNPs/N-BCF-2）修饰电极，利用N-BCF-2与Cu-PtNPs的协同放大效应，开发了一种新型防污ONOO^-电化学传感器。该传感器具有跨越6个数量级的宽的线性响应范围和低检测限。由于传感界面具有亲水特性，在含蛋白质的血清中表现出优异的生物污染抗性，适用于血清中ONOO^-的精准检测。此外，借助该电化学平台评估了AA清除ONOO^-的能力。这种兼具抗污染能力和高灵敏度的传感器构建策略，在开发抗污染传感器方面具有很大的潜力。

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