Food Chem：基于锑烯的超灵敏电化学传感器同时检测食品中多种重金属离子

       在当今社会，随着生活水平的提高和环保意识的增强，人们对食品安全的关注度达到了前所未有的高度。而重金属污染，尤其是铅（Pb²⁺）、汞（Hg²⁺）和铜（Cu²⁺）等金属离子的污染，一直是食品安全领域的重大隐患。这些重金属离子即使在极低浓度下也可能对人体健康造成严重危害，如神经系统损伤、消化系统紊乱、肝脏和肾脏功能损害等。因此，开发一种能够快速、灵敏、准确检测食品中多种重金属离子的技术，对于保障公众健康具有极其重要的意义。

        重庆大学生物工程学院的侯长军教授研究团队成功构建了一种基于锑烯（antimonene）的超灵敏电化学传感器，能够同时检测食品样品中的Cu²⁺、Pb²⁺和Hg²⁺等重金属离子。这一创新技术不仅为食品安全检测提供了全新的解决方案，还展示了纳米材料在生物传感领域的巨大潜力。

       该传感器通过将锑烯（antimonene）与金属有机框架（ZIF-67）复合，成功制备了一种新型的纳米复合材料（ZIF-67@AMNFs）。锑烯作为一种新型二维材料，具有独特的带结构、优异的电子传输能力和良好的热稳定性，同时表现出强大的吸附能力和生物相容性。而ZIF-67则因其高比表面积和可调节的孔径，在吸附和分离领域具有广泛的应用前景。将二者复合后，不仅克服了传统电化学传感器的局限性，还实现了对Cu²⁺、Pb²⁺和Hg²⁺的超灵敏检测。

• 新型复合材料设计：首次将二维锑烯（AMNFs）与金属有机框架（ZIF-67）复合，构建ZIF-67@AMNFs纳米复合材料，兼具高比表面积、强吸附能力与优异导电性。

• 多离子同步检测：通过差分脉冲阳极溶出伏安法（DPASV），实现Cu²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺的同步检测，检测限低至0.01 pM（Cu²⁺）、0.042 pM（Pb²⁺）、0.031 pM（Hg²⁺），灵敏度较传统方法提升1-2个数量级。

• 机理阐明：基于第一性原理密度泛函理论（DFT）揭示锑烯对重金属离子的特异性吸附机制，结合电化学富集效应，显著提升检测性能。

• 应用验证：成功应用于大米、高粱、玉米、牛奶、蜂蜜、茶叶等实际样品检测，回收率达90.0%-108.1%，相对标准偏差（RSD<5%）。传感器抗干扰能力强（10倍干扰离子下响应偏差<5%），稳定性优异（25天保留率>90%）。

图1. ZIF-67@AMNFs/SPCE 检测食品样品中 Pb²⁺、Cu²⁺ 和 Hg²⁺ 示意图

图2.ZIF-67@AMNFs 的 TEM 图（A）、ZIF-67@AMNFs 的 EDS 图（B-F）

图3.AMNFs （A）和 ZIF-67 （B）的 XRD 图

图4.ZIF-67@AMNFs 的 XPS 图（A）；C1s 的 XPS 图（B）；N1s 的 XPS 图（C）；O1s 的 XPS 图（D）；Co2p 的 XPS 图（E）；Sb3d 的 XPS 图（F）

图5.（A）络合机理示意图；在含有 5 mM [Fe(CN)₆]^3-/4-的 0.1 M KCl 溶液中不同电极位置获得的 （B）CV 和 （C）EIS 图；（D）在 60 pM Pb²⁺、Cu²⁺ 和 Hg²⁺存在的情况下，在不同电极上获得的 DPSV 图

图6.对实验参数进行了优化：优化沉积时间（A）、沉积电压（B）和 ABS 的 pH 值（C）

图7.将测量结果与标准曲线进行比较，两者吻合良好。分别测量了Pb²⁺ 的 DPSV 图 (B) 和相应的校正曲线 (F)。分别测量 Cu²⁺ 的 DPSV 图 (C) 和相应的校正曲线 (G)。在单独检测 Hg²⁺ 的情况下 DPSV 图 (D) 和相应的校正曲线（H）；同时 测定 Pb²⁺、Cu²⁺ 和 Hg²⁺ 的 DPSV 图 (A) 和相应的校正曲线 (E)（金属离子浓度分别为 0.1、2、5、10、20、40、60、100、200 pM）。

图8.目标离子与 10 倍干扰电流响应；五个独立传感器 平行测定的峰电流响应（A）；连续测定 20 pM Pb²⁺、Cu²⁺ 和 Hg²⁺ 下峰电流响应(B) 。在 25 天内，20 pM Pb²⁺、Cu²⁺ 和 Hg²⁺ 的峰电流响应（C）

       该研究构建了一种基于ZIF-67@锑烯纳米复合材料的超灵敏电化学传感器，利用锑烯对Cu²⁺、Pb²⁺和Hg²⁺的协同吸附特性，实现了多重重金属离子的同时检测。传感器具有丰富的吸附位点、优异的电子传输能力和良好的稳定性，检测限低，抗干扰能力强。该方法成功应用于多种食品样品，展现出广阔的应用前景，是食品安全领域检测重金属的有力工具。

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