测量唾液中尼古丁含量的纳米复合传感器,回收率可达98.1% 至 100.9%

传感器视界 2022-08-10

传感器技术科学电化学

1334 字丨阅读本文需 4 分钟

神经药物的剂量极大地影响体液的动力学。帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等神经系统疾病的治疗是剂量依赖性的。因此,神经药物的定量分析对于调节体液的生物学功能至关重要。

发表在 《危险材料杂志》上的一篇文章 展示了二维 (2D) 混合 MXene/石墨烯 (MX/Gr) 薄膜的制造,以制备用于电化学传感尼古丁的电化学传感器。

分析方法包括 X 射线光电子能谱 (XPS)、X 射线衍射 (XRD)、透射电子显微镜 (TEM) 和高分辨率扫描电子显微镜 (HR-SEM) 用于确认 Gr 片的形成,MX , 和 MX/Gr 混合膜。

此外,MX/Gr 混合纳米复合材料用于修饰玻璃碳电极 (GCE),以检测磷酸盐缓冲溶液 (PBS) 中的尼古丁。基于 MX/Gr/GCE 的传感器对浓度为 1 至 55 微摩尔和 30 至 500 微摩尔的尼古丁表现出线性响应,检测限 (LOD) 分别为 290 和 0.28 纳摩尔。

因此,本研究开发的 MX/Gr 混合膜修饰电极对尼古丁具有高重现性和选择性。最终,通过检测人工和人类唾液样本中的尼古丁,证明了所设计传感器的实际应用。

尼古丁感应方法

尼古丁是一种植物来源的有毒药物(生物碱),食用后会阻碍中枢神经系统,导致帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病。烟草含有大约 1% 到 3% 的尼古丁,吸烟会导致呼吸系统问题、中风、心脏病发作,甚至会导致严重的脑损伤。

体液中浓度范围为 500 至 800 纳摩尔的尼古丁的存在会导致人体生理损伤。因此,检测人体体液、毒理学样品、药物和其他领域中的尼古丁浓度至关重要。

虽然使用气相色谱-质谱法、毛细管电泳 (CE) 和高效液相色谱 (HPLC) 检测尼古丁可提供准确的尼古丁检测水平,但这些设备昂贵且时间延迟,需要高技能的技术人员。

基于纳米材料的电极已用于电化学尼古丁传感。然而,所有报道的方法都存在缺点,包括需要昂贵的试剂/化学品、电极结垢、复杂的样品制备以及传感器的稳定性差。

石墨烯是一种由碳制成的二维 (2D) 材料,具有出色的电性能、电化学活性、导电性和生物相容性。此外,石墨烯的表面功能化增强了这些特性。

MXenes 在二维 (2D) 材料方面取得了显着进展。MAX相具有通式M n+1 AX n,其中M归属于早期过渡金属,A本质上是13或14种元素的组,X代表碳和氮中的一种或两种。Mxene 是通过对 MAX 相中的“A”元素进行选择性蚀刻而获得的,主要产生碳化物和氮化物。

面向尼古丁传感的 MX/Gr 纳米复合材料

在目前的工作中,MXene 和石墨烯片分散体是通过自上而下的方法合成的。Gr 表面官能团的存在增强了 MXene 分散体的稳定性。包括拉曼光谱、TEM、HR-SEM、XPS和XRD在内的分析方法证实了MX/Gr杂化膜的形成。

用MX/Gr杂化膜修饰的电极在pH值为7.4时对PBS中尼古丁的氧化具有较高的电催化活性。在这里,PBS 电解质有助于模拟尼古丁电化学传感过程中的生理条件。

用 MX/Gr 薄膜修饰的传感器对 30 纳摩尔至 500 微摩尔和 1 至 55 微摩尔的尼古丁表现出线性响应,灵敏度分别为 0.527 和 3.5 安培/微摩尔/平方厘米,LOD 分别为 0.28 纳摩尔和 0.29 微摩尔。

此外,对 MX/Gr 混合薄膜传感器的选择性、可重复性和稳定性的实验研究表明,尽管存在干扰分子,该传感器仍显示出高选择性和更长的稳定性。最后,MX/Gr 混合薄膜传感器被用于准确检测人工和人类唾液样本中的尼古丁水平。

结论

总之,MX/Gr 纳米复合修饰电极是一种新型传感器,可用于准确检测具有高选择性和灵敏度的尼古丁。包括拉曼、TEM、HR-SEM、XPS 和 XRD 在内的分析方法证实了与 MX 层结合的 Gr 片材的成功合成。

与其他改性传感器和电极相比,MX/Gr 纳米复合材料涂层电极在降低尼古丁过电位的情况下显示出高氧化峰值电流密度。用MX/Gr纳米复合材料修饰制备的新型传感器具有广泛的检测范围,对尼古丁的检测限低,具有良好的重复性和高稳定性,证明了MX/Gr薄膜在制备电化学传感器以分析广泛范围内的尼古丁含量方面的效率。样品。

使用 0.1 摩尔 PBS 作为电解质,将新的 MX/Gr 混合薄膜传感器应用于人工和人类唾液样品中的尼古丁水平检测,显示回收率为 98.1% 至 100.9%。

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