磁性还原氧化石墨烯气凝胶修饰银纳米棱镜电化学传感器用于高效检测血浆中阿霉素

《Scientific Reports》：Magnetic reduced graphene oxide aerogel decorated silver nanoparticles towards efficient recognition of doxorubicin in patients’ blood plasma

本研究针对阿霉素(DOX)治疗窗口窄、需精准监测的临床难题，开发了一种基于Fe3O4@rGOA/AgNPrs三元纳米复合材料修饰玻碳电极的新型电化学传感器。该传感器在pH 6.0条件下实现对血浆样本中DOX的直接检测，线性范围0.075-5.0 μg/mL，检测限低至0.028 μg/mL，展现出优异的灵敏度、选择性和重现性，为治疗药物监测提供了可靠平台。

　　

在癌症治疗的战场上，阿霉素(DOX)是一把双刃剑。这种源自链霉菌的蒽环类抗生素，通过嵌入DNA碱基对、抑制拓扑异构酶II等机制，有效对抗乳腺癌、卵巢癌、白血病等多种恶性肿瘤。然而，其显著的心脏毒性、肝毒性以及耐药性问题，如同悬在患者头上的达摩克利斯之剑，严重限制了临床广泛应用。更棘手的是，DOX的治疗窗口极窄——有效浓度与中毒浓度非常接近，这使得精准监测其血药浓度成为安全用药的关键。

传统检测方法如液相色谱、毛细管电泳等虽能准确定量，但往往操作复杂、耗时冗长、设备昂贵，难以满足临床快速监测的需求。而DOX分子结构中的醌/氢醌基团赋予其电化学活性，这为开发快速、灵敏的电化学传感器提供了天然优势。然而，裸电极电子传输速率慢、灵敏度有限等问题，一直制约着电化学检测技术的实际应用。

针对这一挑战，Tabriz University of Medical Sciences的研究团队在《Scientific Reports》上发表了一项创新研究成果。他们巧妙融合磁性纳米材料、贵金属纳米结构和碳材料的优势，开发了一种高性能电化学传感器，为DOX治疗监测提供了新的解决方案。

研究团队采用循环伏安法(CV)将Fe₃O₄@rGOA/AgNPrs纳米复合材料电沉积在玻碳电极(GCE)表面，通过场发射扫描电镜(FE-SEM)、能量色散谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术表征材料形貌和结构，利用差分脉冲伏安法(DPV)评估传感器对血浆样本中DOX的检测性能，并系统考察了pH值、扫描速率等参数对检测效果的影响，最终在癌症患者血浆样本中验证了方法的实用性。

电极修饰与表征

通过循环伏安法在-1.0至+1.0 V电位范围内进行10次扫描，成功将Fe₃O₄@rGOA/AgNPrs纳米复合材料电沉积到电极表面。FE-SEM图像清晰显示，rGOA形成随机组装的多孔3D网络结构，这种形态源于乙二胺(EDA)作用下的氢键、π-π相互作用和交联效应。Fe₃O₄纳米颗粒均匀分布在3D石墨烯基质中，AgNPrs有效附着在rGOA框架上。FT-IR光谱在620 cm^-1处出现的Fe-O键振动峰，证实了Fe₃O₄纳米颗粒的成功整合。zeta电位-24.7 mV表明材料具有良好的稳定性。

Fe₃O₄@rGOA/AgNPrs修饰GCE探针用于DOX检测的电化学行为

循环伏安测试显示，修饰电极在-0.48 V处出现明显的DOX氧化峰，比裸电极显著负移，表明纳米复合材料有效提升了电极的电催化性能。这种增强源于三组分协同效应：rGOA提供大比表面积，Fe₃O₄纳米颗粒通过Fe(III)/Fe(II)循环介导电子转移，AgNPrs则贡献优异的导电性和丰富结合位点。同时，材料表面的含氧官能团与DOX的氨基形成氢键，弱化N-R键，进一步促进氧化反应。

pH值影响

系统评估pH值(2.5-10.5)对检测性能的影响发现，pH 6.0时阳极峰值电流(I_pa)最大，确定为最佳检测条件。氧化峰电位(E_pa)随pH增加负向移动，E_pa与pH的线性关系斜率为0.04774 V/pH，接近理论值0.0592 V/pH，证实DOX电化学氧化涉及等量电子和质子转移。

DOX氧化动力学研究

扫描速率研究表明，氧化峰值电流与扫描速率呈线性关系，表明电子转移过程受吸附控制。根据Laviron理论计算，电子转移数约为2，验证了DOX氧化为双电子转移过程。电极表面DOX吸附量为2.33×10^-10 mol·cm^-2，表明其对DOX具有高效吸附能力。

分析性能

采用差分脉冲伏安法(DPV)进行定量分析，传感器在0.075-5 μg/mL范围内呈现良好线性，定量下限(LLOQ)为0.075 μg/mL，检测限(LOD)低至0.028 μg/mL。与既往报道的电极修饰方法相比，本研究开发的传感器在灵敏度、稳定性和实用性方面展现出显著优势。

方法验证

准确度评估显示回收率为81.2%-104.5%，相对误差在+4.5%至-18.8%之间。日内精密度相对标准偏差(RSD)为8.6%-16.5%，符合生物分析方法验证指南要求。选择性测试表明，除高浓度NaCl(136 mM)引起18.3%信号增强、地塞米松(2.9 μg/mL)导致13.2%信号降低外，常见离子和药物干扰物对检测影响较小。

实际样本分析

在加标血浆样本中，平均回收率达到99.2%。最令人鼓舞的是，在癌症患者给药2小时后的血浆样本检测中，成功测出0.51 μg/mL和1.12 μg/mL的DOX浓度，个体差异可能源于给药方案、采样时间点及患者代谢差异等因素。该方法仅需乙腈简单沉淀血浆蛋白，即可直接检测，凸显了其临床应用的便捷性。

本研究开发的Fe₃O₄@rGOA/AgNPrs修饰电极传感器，成功解决了DOX治疗监测中的技术瓶颈。其创新之处在于巧妙整合了三元纳米材料的协同优势：rGOA提供三维多孔结构促进传质，Fe₃O₄纳米颗粒增强电子转移效率，AgNPrs则进一步提升导电性和催化活性。传感器具备宽线性范围、低检测限、高选择性等优点，最重要的是能够直接检测复杂血浆样本，避免了繁琐的前处理步骤。

这项工作不仅为DOX治疗药物监测提供了可靠平台，更为纳米材料在电化学生物传感领域的应用开辟了新途径。随着进一步优化和临床验证，这种传感器有望成为癌症化疗个体化治疗的有力工具，实现"量体裁衣"式的精准给药，最终改善患者治疗效果并降低毒副作用风险。