【Food Chem.】Ti3C2 MXene/MoS2@AuNPs三元纳米复合材料用于水果中福辛残留的高灵敏电化学检测

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来源：Food Sensing Lab

2025-05-30 14:50:34

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核心提示：本研究构建了一种基于Ti3C2 MXene/MoS2@AuNPs/AChE的电化学酶生物传感器，用于福辛的灵敏检测。

介绍 /Introduction

作为一种在农业中广泛使用的有机硫代磷酸酯类杀虫剂，福辛（phoxim）可能引发神经毒性并对人体健康造成危害。本研究构建了一种基于Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs/AChE的电化学酶生物传感器，用于福辛的灵敏检测。Ti₃C₂ MXene的二维多层结构为MoS₂提供了稳固框架，不仅扩大了比表面积，还有效防止了Ti₃C₂ MXene的重新堆叠。此外，MoS₂与自还原生长的金纳米粒子（AuNPs）的协同效应进一步增强了复合材料的导电性，同时这种稳固框架为酶分子固定化提供了有利的微环境。该Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs电化学酶传感器在1×10⁻¹³ M至1×10⁻⁷ M范围内对福辛表现出显著响应，检测限低至5.29×10⁻¹⁵ M。该传感器还展现出优异的重复性、重现性和稳定性，表明其在实际样品检测中具有广阔的应用前景。

相关文献以“Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs ternary nanocomposite for highly sensitive electrochemical detection of phoxim residues in fruits”为题发表在杂志Food Chemistry上。

研究图文/Introduction

Fig. 1. (a) Preparation process of Ti₃C₂ MXene nanosheets; (b) Synthesis process of Ti₃C₂ MXene/MoS₂ and Ti₃C₂MXene/MoS2@AuNPs nanocomposites; (c) Schematic diagram of the sensor based on Ti₃C₂MXene/MoS₂@AuNPs/AChE/GCE for phoxim detection.

Fig. 2. SEM images of (a) Ti₃C₂ MXene, (b) Ti₃C₂ MXene/MoS₂, (c) Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs and EDS element mapping images of Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs nanocomposite.

Fig. 3. (a) The XRD patterns, (b) Raman and (c) FTIR spectra of Ti₃C₂ MXene, Ti₃C₂ MXene/MoS₂ and Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs; XPS spectra of (d) C 1 s, (e) Ti 2p, (f) O 1 s, (g) Mo 3d, (h) S 2p and (i) Au 4f of the Ti₃C₂MXene, Ti₃C₂ MXene/MoS₂ and Ti₃C₂MXene/MoS₂@AuNPs/MoS₂@AuNPs.

Fig. 4. (a) CV curves of Ti₃C₂ MXene/GCE, Ti₃C₂ MXene/MoS₂/GCE, Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs/GCE and Ti₃C₂MXene/MoS₂@AuNPs/AChE/GCE in 0.1 M KCl containing 5 mM [Fe(CN)₆]³⁻^/4⁻ at scan rate of 100 mV s ^− 1 ; (b) Nyquist plots of Ti₃C₂MXene/GCE, Ti₃C₂ MXene/MoS₂/GCE, Ti₃C₂MXene/MoS₂@AuNPs/GCE and Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs/AChE/GCE in 0.1 M KCl solution containing 5 mM [Fe(CN)₆] ³⁻^/4⁻ ; (c) the histogram for charge transfer resistance (Ret) of Ti₃C₂ MXene/GCE, Ti₃C₂MXene/MoS₂/GCE, Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs/GCE and Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs/AChE/GCE; (d) DPV responses of AChE/GCE (Line a), Ti₃C₂ MXene/AChE/GCE (Line b), Ti₃C₂ MXene/MoS₂/AChE/GCE (Line c), Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs/AChE/GCE (Line d) in 0.1 M pH 7.5 PBS solution containing 3.0 mM ATCl; (e) The current-time curve of the fabricated biosensor with consecutive adding ATCl into electrolyte solution, arrows indicate the ATCl concentration in the solution, inset shows the calibration plot for ATCl detection; (f) The Lineweaver-Burk plot of 1/current vs. 1/ATCl, inset shows the plot of current value vs. concentration of ATCl.

Fig. 5. (a) Detailed reaction process; (b) DPV of Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs/AChE/GCE in 0.1 M PBS with different phoxim concentrations (1 × 10^− 13 M, 1 × 10^− 12 M, 1 × 10^− 11 M, 1 × 10^− 10 M, 3 × 10^− 10 M, 1 × 10^− 9 M, 3 × 10^− 9 M, 1 × 10^− 8 M, 3 × 10^− 8 M, 1 × 10^− 7 M); (c) Calibration curves for different concentrations of phoxim determination.

Fig. 6. (a) Repeatability tests of the Ti₃C₂MXene/MoS₂@AuNPs/AChE biosensor for the detection of phoxim with a single electrode for ffve times; (b) DPV responses of the biosensor in 0.1 M PBS containing 3 mM ATCl in the absence and presence of 6 mM of glucose, citric acid, NaCl, MgCl₂, KCl, FeCl₃, Asp, Ser and Arg; (c) HPLC chromatograms of different concentrations of phoxim standard samples; (d) Calibration chart for the determination of phoxim standard solution.

结论 /Conclusion

综上所述，本研究通过一步水热法成功合成了Ti₃C₂ MXene/MoS₂复合材料，并实现了形貌可控的金纳米粒子（AuNPs）自还原生长。基于新型二维材料Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs，开发了一种高性能电化学酶生物传感器。值得注意的是，MoS₂的引入不仅增大了Ti₃C₂ MXene的层间距以提升比表面积，还有效抑制了材料堆叠现象。此外，自还原生长的AuNPs与MoS₂之间的协同效应既显著提高了材料导电性，又为乙酰胆碱酯酶（AChE）分子的高效电子传递和稳固锚定提供了有利微环境。所构建的Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs基电化学酶生物传感器展现出优于同类传感器的性能指标，其中Ti₃C₂ MXene/MoS₂@AuNPs/AChE/GCE传感器体系对奥曲肽（octreotide）的检测具有宽线性范围（1×10⁻¹³ M ~ 1×10⁻⁷ M）和超低检测限（5.29×10⁻¹⁵ M），在实际样品分析中表现出卓越的重复性、重现性和稳定性。

文献信息 /Literature information

Zhang, J., Guo, X., Zhang, J., Guo, X., Xu, Y., & Chen, L. (2025). Ti₃C₂ MXene/MoS₂@ AuNPs ternary nanocomposite for highly sensitive electrochemical detection of phoxim residues in fruits. Food Chemistry, 462, 140939.

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140939