通过燃烧合成法制备的ZnO:Mg2+纳米材料作为高效的多巴胺传感器：提升了电子转移效率与检测灵敏度

《Materials Science and Engineering: B》：Combustion-synthesized ZnO:Mg2+ nanomaterial as a robust dopamine sensor: Enhanced electron transfer and sensitivity

镁掺杂氧化锌纳米材料通过燃烧法合成并修饰碳糊电极，构建了高灵敏度（检测限0.157 μM）和选择性（R2≈0.99）的多巴胺检测系统，其电化学性能通过XRD、SEM等表征证实，电极稳定性达90.7%，重复性RSD为1.44%，适用于复杂样本的实时监测。

　　在当今医学和神经科学领域，精准和快速地检测多巴胺（Dopamine, DA）已成为诊断神经系统疾病的关键手段之一。多巴胺作为一种重要的神经递质，广泛参与大脑中的多种功能，包括运动控制、情绪调节、动机形成以及认知过程如学习和决策。其水平的异常变化与多种神经系统疾病密切相关，如罕见的快速发作性肌张力障碍-帕金森综合征（Rapid-Onset Dystonia-Parkinsonism, RDP）。RDP是一种由ATP1A3基因突变引发的遗传性疾病，这种突变影响了大脑中关键神经元离子泵的功能，导致多巴胺调控的失衡，从而引发一系列运动障碍症状，如不自主肌肉收缩、肌肉僵硬、运动迟缓（bradykinesia）和言语困难。这些症状通常在身体或情绪受到压力后迅速出现，并且在数小时内到数天内发展，与经典帕金森病不同的是，RDP患者对多巴胺替代疗法如左旋多巴（L-DOPA）的反应较差，治疗效果有限。因此，开发能够快速、精准检测多巴胺的诊断工具，对于早期识别疾病、改善患者预后具有重要意义。

由于传统检测多巴胺的方法在灵敏度和速度方面存在不足，无法有效捕捉神经化学变化的动态过程，这限制了其在临床诊断中的应用。为了解决这一问题，研究人员正在探索利用纳米材料和生物工程界面开发新型传感器，以提高检测的特异性、灵敏度和实时性。这些先进的检测平台不仅可以帮助识别多巴胺水平的异常，还能够支持个性化治疗策略的制定，从而提升患者的整体健康状况和生活质量。此外，便携式和微创的传感器技术正在快速发展，为长期监测多巴胺相关疾病提供了新的可能性，有助于实现疾病的精准管理。

在这一背景下，本研究聚焦于开发一种新型的镁掺杂氧化锌（Magnesium-doped Zinc Oxide, MZO）纳米材料，用于改良碳糊电极（Carbon Paste Electrode, CPE），以提高其对多巴胺的电化学检测性能。氧化锌因其独特的物理和化学特性，例如强大的压电效应、化学稳定性以及可调节的表面化学性质，被广泛应用于多种技术领域。它能够与特定的生物分子结合，从而增强传感器的特异性与灵敏度。此外，氧化锌在气体检测、光电子器件如紫外发光二极管（UV LEDs）和光电探测器中也有重要应用，其宽禁带和高效的光处理能力使其成为关键材料之一。在能源收集和压力传感技术中，氧化锌的压电特性同样发挥着重要作用，而其天然的抗菌特性也使其在医疗设备和水处理技术中具有应用潜力。然而，尽管氧化锌具有诸多优势，它在电导率和抗降解性方面仍存在一定的局限，特别是在强紫外辐射或酸性环境中，这些缺点可能会影响传感器的性能和使用寿命。

镁作为一种轻质且化学稳定的元素，在多种材料中被用作掺杂剂，以提升其性能。例如，在二氧化钛（TiO?）中，镁掺杂可以改变其电子结构，从而提高光催化效率，减少电荷载流子的复合，这对于环境治理和太阳能转换具有重要意义。在陶瓷材料如氧化铝（Al?O?）中，镁的加入可以增强其韧性和热稳定性，使其适用于高应力和高温环境。在钙钛矿化合物中，镁掺杂有助于优化其电学性能，提高设备的稳定性，从而推动太阳能电池技术和传感器的发展。在半导体材料如氮化镓（GaN）中，镁掺杂对于实现p型导电性至关重要，这对于高效发光二极管和功率电子器件的制造具有关键作用。此外，镁的生物相容性及其在体内的缓慢降解特性，使其在生物可降解植入物和组织支架等医疗应用中具有显著价值。

基于氧化锌在多巴胺检测中的广泛应用，以及镁在电子和催化特性方面的优势，本研究尝试将镁掺杂到氧化锌中，以开发一种新型的纳米材料用于生物传感。尽管目前关于镁掺杂氧化锌在生物传感方面的研究仍较为有限，但通过适当的材料设计和合成方法，有望克服其固有的缺点，提高其在实际应用中的性能。本研究采用燃烧法合成镁掺杂氧化锌纳米材料，并通过多种表征技术对其结构和组成进行了详细分析，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和元素分析（CH分析）。这些分析结果表明，所合成的MZO纳米材料具有良好的结晶度和均匀的表面结构，符合预期的六方纤锌矿结构。

为了进一步评估MZO纳米材料在生物传感中的应用潜力，本研究还进行了系统的电化学分析，研究了其在不同pH条件下的性能表现。实验结果表明，该传感器在pH变化时表现出一致的线性偏移，这表明其氧化还原反应涉及质子耦合电子转移（proton-coupled electron transfer），从而增强了其对多巴胺的检测能力。此外，研究还探讨了扫描速率对电化学响应的影响，以及不同多巴胺浓度下的电流响应情况。实验发现，多巴胺浓度在1至5微摩尔（μM）范围内，其电流响应与浓度成正比，检测限计算为0.157 μM，表明该传感器具有较高的灵敏度。同时，通过与其他物质如尿酸的对比检测，验证了该传感器在复杂样品中的高选择性，两种物质的检测相关系数（R2）均接近0.99，说明该传感器能够有效区分多巴胺与其他干扰物质。

为了确保传感器在实际应用中的可靠性，研究还测试了其在长期使用中的稳定性。实验结果显示，该传感器在20次循环后仍能保持超过90.7%的活性，表明其具有良好的重复性和再现性。此外，通过计算相对标准偏差（Relative Standard Deviation, RSD），进一步验证了该传感器在测量过程中的精确性，其RSD值分别为1.81%和1.44%，说明其具有较高的测量一致性。这些结果表明，MZO纳米材料不仅能够提高碳糊电极对多巴胺的检测性能，还能在实际应用中保持良好的稳定性和重现性。

为了进一步验证该传感器的实际应用价值，研究还进行了真实样品测试，特别是在多巴胺注射液中。实验结果显示，该传感器在真实样品中的检测准确度较高，平均回收率达到了91.1%，表明其在复杂样品中的检测能力得到了验证。这一结果对于临床诊断和治疗具有重要意义，因为多巴胺检测常常需要在复杂的生物样本中进行，而高选择性和高灵敏度的传感器能够提供更可靠的数据支持。

综上所述，本研究开发的镁掺杂氧化锌纳米材料在电化学检测多巴胺方面表现出显著的优势。该材料不仅能够提高碳糊电极的灵敏度和响应速度，还能在复杂样品中保持良好的选择性和稳定性。通过优化材料的合成方法和电极的结构设计，该传感器在检测性能上达到了较高的水平，有望为多巴胺相关疾病的诊断和治疗提供新的工具。此外，该研究还为未来开发更高效、更稳定的生物传感器提供了理论和技术基础，推动了纳米材料在生物医学领域的应用发展。