二硫化钼填充的双夹层Cd-MOF：用于药物中纳摩尔级对乙酰氨基酚和多巴胺的定量检测

原创

来源：曹璐璐

2025-02-20 18:03:44

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核心提示：本研究首次采用一步水热法合成了Cd-MOF@MoS2双夹层结构材料，并将其应用于AP和DA的电化学检测。

　　引言

　　在全球范围内，2019年新型冠状病毒(COVID-19)大流行感染了超过4.5亿人，导致超过600万人死亡。对乙酰氨基酚(AP)作为一种常用的解热镇痛药，在COVID-19的治疗中起到了重要作用。然而，过量摄入或长期大量使用AP会在肝脏细胞中积累有毒代谢物，导致肝肾功能受损。此外，多巴胺(DA)作为一种重要的神经递质，其在体内的异常水平会导致脑代谢异常和神经疾病，如帕金森病、精神分裂症和心血管疾病。因此，开发一种准确、快速且方便的AP和DA检测方法具有重要意义。

　　研究背景与意义

　　目前，用于检测AP和DA的方法包括光度法、毛细管电泳、高效液相色谱、气相色谱和电化学技术等。其中，电化学方法因其简单易操作、分析时间短、灵敏度高和成本低等优点，在多物质检测中受到关注。然而，目前大多数传感器在检测AP和DA时存在线性范围窄和检测限不够低等问题，难以应用于实际药物检测。因此，开发一种能够在实际药物中同时检测AP和DA的电化学传感器具有重要意义。

　　材料制备与结构特性

　　Cd-MOF@MoS

　　本研究首次采用一步水热法合成了Cd-MOF@MoS2双夹层结构材料。在合成过程中，MoS2作为生长调节剂，改变了Cd-MOF的晶体生长形态，使其层间距增大并填充了MoS2片层。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线粉末衍射(XRD)等手段对材料的结构进行了表征。结果显示，Cd-MOF@MoS2具有复杂的夹层结构，层间距约为2微米，且MoS2成功填充在Cd-MOF层间。

　　结构表征

　　X射线光电子能谱(XPS)分析表明，Cd-MOF@MoS2中Cd、Mo、S、O和C元素的存在，进一步证实了MoS2的成功引入。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)谱图显示，Cd-MOF@MoS2中Cd-MOF的特征吸收峰与H2L配体的特征吸收峰一致，表明Cd-MOF的成功合成。此外，热重分析(TGA)结果显示，Cd-MOF在386℃前的热重损失为17.1%，与理论值18.3%接近，表明材料的热稳定性良好。

　　传感器构建与性能测试

　　传感器构建

　　将Cd-MOF@MoS2悬浮液滴涂在玻璃碳电极(GCE)上，干燥后得到Cd-MOF@MoS2/GCE。通过电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)等电化学方法对不同修饰材料的电催化活性进行了测试。结果表明，Cd-MOF@MoS2/GCE具有较高的电催化活性和较低的电荷转移阻抗，表明其在电极-电解液界面的电子迁移效率较高。

　　性能测试

　　在优化的实验条件下，Cd-MOF@MoS2/GCE对AP和DA的检测限分别达到了9.8 nM和15.1 nM(信噪比为3)，具有宽线性范围、高灵敏度、优异的选择性和长期稳定性。此外，该电极还可用于实际药物的检测，回收率为96.61-102.91%，但多组分检测和自动校准功能仍需进一步开发。

　　机制探讨

　　电化学研究结果表明，Cd-MOF@MoS2/GCE对AP和DA的氧化反应为不可逆过程，且为吸附控制过程。通过不同扫描速率下的CV曲线分析，推断出AP和DA在Cd-MOF@MoS2/GCE上的氧化反应涉及质子和电子的转移。此外，通过计时库仑法测定了Cd-MOF@MoS2/GCE的有效表面积和饱和吸附量，结果表明Cd-MOF@MoS2材料增加了电极的有效接触面积和活性位点，从而提高了电化学性能。

　　实际应用

　　为了进一步评估Cd-MOF@MoS2/GCE电化学传感器的实用性，选择了市场上常见的几种感冒药物(对乙酰氨基酚片、复方对乙酰氨基酚胺和甘草颗粒)作为试剂药物进行AP检测。结果显示，该传感器对六种药物中AP的回收率分别为102.29%、98.31%、96.61%、98.97%、23.47%和28.44%。对于甘草颗粒，AP含量较低，大部分为中药成分，可能对测试结果影响较大。此外，还对两种不同厂家的盐酸多巴胺注射液进行了检测，回收率分别为100.19%和98.3%。

　　结论

　　本研究首次采用一步水热法合成了Cd-MOF@MoS2双夹层结构材料，并将其应用于AP和DA的电化学检测。该材料具有高电导率、大活性表面积和优异的电催化传感能力。电化学研究表明，Cd-MOF@MoS2/GCE对AP和DA具有高灵敏度和宽检测范围，且在实际药物检测中表现出良好的回收率、抗干扰性、稳定性和重现性。因此，Cd-MOF@MoS2材料有望满足AP和DA的原位痕量和快速检测需求。