基于多巴胺修饰的多壁碳纳米管的电化学传感器，用于同时检测草药中的镉(II)和铅(II)

《Sensors and Actuators A: Physical》：Modified electrochemical sensor with polydopamine-multiwalled carbon nanotubes for simultaneous determination of Cd (Ⅱ) and Pb (Ⅱ) in herbal medicines

聚多巴胺修饰多壁碳纳米管电化学传感器实现痕量重金属Cd2?和Pb2?的高灵敏检测，检测限分别低至0.21 nM和0.13 nM，并通过湖水和草药样本验证其环境与食品安全监测实用性。

　　在现代社会，随着工业化进程的加快，有毒重金属污染已成为一个日益严峻的环境问题。这些重金属离子，如镉（Cd2?）和铅（Pb2?），因其在自然环境中难以降解的特性，能够长期积累并影响生态系统的稳定性。同时，它们对人体健康也构成重大威胁，尤其是在水体、土壤和食品中微量存在的情况下，可能引发多种慢性疾病，包括神经系统损伤、肾功能障碍、癌症风险以及发育障碍等。因此，对这些重金属离子进行快速、准确和高灵敏度的检测，对于环境监测和食品安全保障具有重要意义。

目前，传统的重金属检测方法，如原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）和X射线荧光光谱法（XRF），虽然具备较高的检测精度和灵敏度，但其应用往往受到高昂的设备成本、复杂的样品前处理流程以及实验室依赖性的限制。这使得这些技术在实际现场应用中面临一定挑战。为了解决这些问题，研究人员开始探索更为便捷、经济且高效的检测手段，其中电化学传感器因其在便携性和实时监测方面的优势，逐渐成为研究热点。

电化学传感器通过测量电极表面发生的氧化还原反应所产生的电流或电位变化，来实现对目标物质的检测。这类传感器不仅具有较高的灵敏度，还具备操作简便、成本低廉和环境友好的特点，非常适合用于现场快速检测。然而，传统的电化学传感器在检测重金属离子时，常常面临选择性差、响应时间长以及检测限较高的问题。为了克服这些限制，近年来，许多研究致力于开发新型的传感材料，以提高其对特定重金属离子的识别能力和检测效率。

多壁碳纳米管（MWCNTs）作为一种具有优异导电性和大比表面积的纳米材料，被广泛应用于电化学传感器的构建中。然而，MWCNTs在实际应用中存在一定的局限性，如容易发生聚集、缺乏表面官能团以及与目标分析物之间的相互作用较弱。这些问题限制了其在重金属检测中的应用效果。因此，如何有效改善MWCNTs的性能，成为提高电化学传感器检测能力的关键。

针对上述问题，研究人员提出了一种基于聚多巴胺修饰多壁碳纳米管（PDA@MWCNTs）的新型复合材料。聚多巴胺（PDA）是一种来源于贻贝的仿生聚合物，具有良好的附着力、多样的结合机制以及稳定的结构特性。这些特性使其成为修饰纳米材料的理想选择。通过将PDA引入MWCNTs的表面，不仅可以提升其分散性，还能增强其与重金属离子之间的相互作用能力。此外，PDA还能够提供额外的活性位点，从而进一步提高传感器的灵敏度和选择性。

在本研究中，研究人员基于PDA@MWCNTs复合材料，构建了一种用于同时检测Cd2?和Pb2?的电化学传感器。该传感器的制备过程相对简单，且具备良好的环境适应性，能够在复杂样品中实现高效检测。通过循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）对传感器进行表征，结果显示其在检测重金属离子方面表现出优异的性能。具体而言，该传感器对Cd2?和Pb2?的检测限分别达到了0.21 nM和0.13 nM，显示出极高的灵敏度。

在实际应用中，该传感器被成功应用于湖水样本和复杂中药基质的检测，包括忍冬花和黄芪等中药成分。这些测试不仅验证了传感器在实际环境中的适用性，还展示了其在环境监测和食品安全检测领域的广阔前景。特别是在应对突发性污染事件和日常环境质量监控方面，该传感器能够提供快速、准确的检测结果，有助于及时采取相应的治理措施。

此外，该研究还强调了电化学传感器在环保和食品安全领域的应用价值。通过采用PDA@MWCNTs复合材料，不仅提升了传感器的性能，还降低了其制造成本，使得该技术更易于推广和普及。这种简便、经济且高效的检测方法，为重金属污染的防控提供了新的思路和工具。随着对重金属污染问题的关注不断加深，开发更加智能化和高精度的检测技术，将成为未来研究的重要方向。

在研究过程中，作者们充分发挥了各自的专业优势。Ziwen Qin主要负责研究的原始撰写和数据分析，Lin Zhang则在研究设计、撰写和项目管理方面提供了关键支持，并在资金获取和概念设计上发挥了重要作用。Bo Nan则专注于实验方法的优化和数据收集。通过团队的共同努力，这项研究成功实现了对重金属离子的高灵敏度检测，并为实际应用提供了可靠的解决方案。

值得注意的是，本研究还获得了湖北省教育厅的资助，这表明该研究在学术和应用层面都得到了认可和支持。同时，作者们也明确声明，他们没有任何与本研究相关的竞争性利益，确保了研究结果的客观性和科学性。这些因素进一步增强了该研究成果的可信度和实用性。

总的来说，本研究提出了一种基于PDA@MWCNTs复合材料的电化学传感器，为重金属离子的检测提供了一种新的方法。该传感器不仅具备高灵敏度和良好的选择性，还具有简便的制备过程和广泛的适用性。通过在实际样品中的应用，证明了其在环境和食品安全领域的潜力。未来，随着材料科学和电化学技术的不断发展，类似的传感器有望在更多领域得到应用，为人类健康和环境保护提供更有力的支持。