快速、高效且灵敏的电化学纳米传感器，用于检测肌酐生物分子

《Materials Science in Semiconductor Processing》：Rapid, efficient, and sensitive electrochemical nanosensors for the detection of creatinine biomolecule

本研究通过溶液法成功合成具有多级结构的钼氧化物纳米杆（MoOXNRs），并利用玻璃碳电极构建非酶电化学传感器，系统评估其检测肌酐的灵敏度与选择性。实验采用不同肌酐浓度（0.98×10??-500×10?? M）、扫描速率（5×10?3-15×10?2 V/s）及循环测试，结合循环伏安、电化学阻抗谱和Chronoamperometry分析，确定检测限为0.100×10??-0.304×10?? M，并建立相应的电化学模型。

　　本研究主要聚焦于一种名为肌酐的有机化合物，以及如何通过电化学传感技术来检测其在人体血液中的浓度。肌酐是人体肌肉在代谢过程中产生的废物，它不仅是评估肾脏功能的重要指标，还与肌肉和甲状腺的功能密切相关。因此，准确测定血液中的肌酐水平对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。当前研究采用了一种化学合成方法，制备了钼氧化物纳米棒（MoOXNRs），并将其用于构建基于玻璃碳电极（GCE）的传感器，以实现对肌酐的高效检测。通过一系列实验，包括浓度变化、扫描速率、循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等，研究人员评估了该传感器的性能，并进一步探讨了其检测机制。

在现代医学中，肌酐检测通常用于评估肾功能，尤其是在慢性肾病或急性肾损伤的情况下。肌酐水平的升高通常意味着肾脏无法有效过滤血液中的废物，导致其在血液中积累。然而，传统的肌酐检测方法往往依赖于复杂的仪器和专业的操作人员，这使得其在日常医疗检测中存在一定的局限性。相比之下，电化学传感技术因其简便性、低成本和高灵敏度而备受关注。该方法不仅能够快速检测肌酐，还能够在不需要昂贵设备的情况下完成分析，这使其成为实验室和临床检测中一种极具潜力的替代方案。

在本研究中，研究人员首先通过溶液法合成钼氧化物纳米棒，并对其进行了详细的表征。随后，将这些纳米棒粉末用于构建基于玻璃碳电极的传感器。通过调整多种参数，如不同浓度的肌酐、扫描速率以及循环伏安测试，研究人员评估了该传感器的性能。实验结果表明，该传感器在较宽的浓度范围内表现出良好的响应能力，并且其检测限（LOD）和定量限（LOQ）也达到了较高的水平。此外，研究人员还通过电化学阻抗谱分析了传感器的性能，并基于实验数据构建了一个相应的等效电路模型，以进一步理解其工作原理。

除了检测性能的评估，研究人员还详细探讨了该传感器的可能机制。肌酐在电化学检测中的响应主要依赖于其与电极材料之间的相互作用。钼氧化物纳米棒因其独特的物理和化学性质，能够有效促进电化学反应，并增强信号的灵敏度和选择性。通过实验数据的分析，研究人员发现该传感器在不同浓度下的响应具有良好的线性关系，并且在较低的扫描速率下能够提供更稳定的检测结果。此外，研究人员还评估了该传感器在长时间测试中的稳定性，发现其在1000秒的测试过程中仍然保持了较高的灵敏度和重复性。

在当前研究中，研究人员还比较了其他材料在肌酐检测中的应用。例如，一些研究使用了掺杂锡的氧化物（ATO）纳米颗粒作为电极材料，以构建非酶促的肌酐传感器。这些传感器在实际样本分析中表现出良好的性能，但由于其制备过程较为复杂，且需要昂贵的设备，因此在大规模应用中存在一定的困难。相比之下，钼氧化物纳米棒的合成过程相对简单，且能够通过溶液法大量制备，这使其成为一种更具成本效益的材料。此外，研究人员还探讨了其他类型的传感器材料，如金属有机框架（MOFs）和导电聚合物（CP），这些材料在肌酐检测中也表现出一定的潜力。然而，它们的制备过程通常更为复杂，且需要特定的条件，这限制了其在实际应用中的普及性。

在实验过程中，研究人员采用了多种表征手段来评估钼氧化物纳米棒的结构和性能。例如，X射线衍射（XRD）分析表明，所制备的纳米棒具有正交晶系结构，并且其晶格常数与已知的钼氧化物晶体数据相符。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的图像进一步揭示了纳米棒的形态特征，包括其光滑的表面和规则的棒状结构。这些表征结果表明，钼氧化物纳米棒具有良好的结晶性和均一性，为后续的电化学传感应用提供了坚实的材料基础。

在电化学性能测试中，研究人员采用了多种方法，包括循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）。CV测试结果显示，钼氧化物纳米棒修饰的玻璃碳电极在不同浓度的肌酐下表现出良好的电流响应，并且其响应具有良好的可逆性。EIS测试进一步揭示了该传感器在不同频率下的阻抗特性，表明其具有良好的电荷转移能力和较低的电荷转移电阻。这些实验结果表明，钼氧化物纳米棒能够有效促进电化学反应，并提高传感器的灵敏度和选择性。

此外，研究人员还探讨了该传感器在不同环境条件下的稳定性。例如，在不同pH值的磷酸盐缓冲液（PBS）中，该传感器表现出良好的检测性能，并且其响应不受pH值变化的显著影响。这表明该传感器具有较强的环境适应性，能够在多种条件下稳定工作。同时，研究人员还评估了该传感器在不同温度下的性能，发现其在常温下能够保持较高的灵敏度和重复性，这为其在实际应用中的推广提供了有利条件。

在实际应用方面，该传感器不仅适用于实验室环境，还具有在临床检测中应用的潜力。由于其检测过程简便，且能够快速提供结果，该传感器可以用于快速筛查患者的肌酐水平，从而帮助医生做出更及时的诊断。此外，该传感器还可以用于家庭医疗检测，为患者提供自我监测的可能。这不仅能够提高检测的便利性，还能够降低医疗成本，提高检测的普及率。

在研究过程中，研究人员还关注了该传感器的可重复性和稳定性。通过多次实验，研究人员发现该传感器在相同的实验条件下能够保持较高的重复性，这表明其具有良好的一致性。此外，该传感器在长时间使用过程中仍然能够保持较高的灵敏度，这为其在实际应用中的可靠性提供了保障。这些实验结果表明，该传感器不仅具有良好的性能，还能够满足实际检测中的各种需求。

总的来说，本研究通过化学合成方法制备了钼氧化物纳米棒，并将其用于构建基于玻璃碳电极的传感器，以实现对肌酐的高效检测。实验结果表明，该传感器在较宽的浓度范围内表现出良好的响应能力，并且其检测限和定量限也达到了较高的水平。此外，该传感器在不同环境条件下仍然能够保持较高的灵敏度和重复性，这为其在实际应用中的推广提供了坚实的基础。本研究不仅为肌酐检测提供了一种新的方法，还为其他生物标志物的检测提供了有价值的参考。