利用基于分子印迹聚合物的一次性电化学传感器实现卡马西平的快速检测

《Talanta》：Rapid carbamazepine detection by means of a disposable electrochemical sensor based on a molecularly imprinted polymer

卡马西平分子印迹聚合物传感器通过电聚合修饰屏幕打印碳电极，优化激活、聚合、萃取和孵育条件，实现1-50 μM范围内线性响应（R2=0.993），检测限0.58 μM，高选择性（干扰物质响应<5%），并在真实水样中验证回收率82-116%。

　　在现代环境中，随着制药工业的发展和医疗废物的排放，水体中出现的药物残留已成为一个日益严重的污染问题。这些残留物，如卡巴玛嗪（Carbamazepine, CBZ），因其对生态系统和人类健康的潜在危害而受到广泛关注。CBZ是一种广泛用于治疗癫痫、双相情感障碍和神经性疼痛的抗癫痫药物，其在地表水、地下水以及饮用水中均有发现，浓度范围从纳克到微克每升不等。由于CBZ在环境中的持久性和潜在毒性，它可能对水生生物造成氧化应激、内分泌干扰和DNA损伤等不良影响。因此，开发一种能够快速、准确检测CBZ的分析工具显得尤为重要。

当前，传统的检测方法如液相或气相色谱-质谱联用技术虽然具有高灵敏度和特异性，但在实际应用中存在诸多局限性，例如高昂的操作成本、需要专业人员操作、分析时间较长以及使用大量有机溶剂，这些都使得它们在日常环境监测和资源有限的地区难以推广。相比之下，电化学传感器因其便携性、低成本、快速响应和实时监测能力，成为一种极具前景的替代方案。特别是基于分子印迹聚合物（Molecularly Imprinted Polymers, MIPs）的电化学传感器，因其高度选择性和环境友好性，受到了越来越多的关注。

MIPs是一种合成材料，其设计目标是具有针对特定分子的高选择性识别位点。这些聚合物通过在存在模板分子的情况下进行聚合反应形成，模板分子与功能单体相互作用，构建出特定的分子结构。一旦聚合完成，模板分子被去除，留下与目标分子在大小、形状和功能基团上互补的空腔。这些空腔能够在复杂的样品基质中选择性地识别目标分子，从而显著减少其他化合物的干扰。此外，MIPs的制备过程通常不需要额外的固定步骤，使其在电化学传感器中具有独特的优势。

为了提高CBZ检测的效率和准确性，本研究首次在屏幕印刷碳电极（Screen-Printed Carbon Electrode, SPCE）上制备了一种基于MIP的传感器。SPCE因其微型化、一次性使用和易于操作的特点，特别适合现场监测。通过电聚合方法，将EDOT作为功能单体，CBZ作为模板分子，在SPCE表面形成了一层MIP薄膜。在优化了制备参数之后，该传感器在检测CBZ时表现出优异的性能，包括良好的线性响应范围（1-50 μM）和较低的检测限（LOD为0.58 μM）。此外，该传感器在实际水样中的回收率表现良好，表明其在环境监测中的实际应用潜力。

本研究的传感器制备过程包括四个关键步骤：激活、电聚合、提取和孵育。首先，通过使用硫酸（H?SO?）溶液对SPCE进行激活，以提高其表面活性。接着，在PBS/MeOH混合溶剂中进行电聚合，利用EDOT作为功能单体和CBZ作为模板分子，形成MIP薄膜。然后，通过使用0.1 M的HCl溶液对MIP进行提取，以去除模板分子，形成选择性的识别腔。最后，在PBS pH 10的溶液中孵育，使CBZ能够重新结合到这些腔中，从而完成检测过程。在优化过程中，研究人员对多个参数进行了细致的调整，包括激活液浓度、电聚合条件、提取时间和孵育条件等，以确保传感器的性能达到最佳状态。

在电化学性能评估方面，该传感器在DPV检测方法下表现出了良好的线性响应，其相关系数（R2）为0.993，表明检测数据具有较高的可靠性。此外，该传感器在不同浓度下的重复性和再现性均满足分析要求，其重复性（RSD）为5.1%，再现性（RSD）为11.1%。同时，该传感器在15天内的稳定性也得到了验证，其响应强度保持在初始值的70%以上，显示出良好的长期性能。

在选择性和干扰研究中，该传感器表现出对CBZ的高选择性，即使在存在结构相似的其他药物（如CBZ-epox、双氯芬酸钠和地尔硫?）的情况下，其响应强度仍远低于CBZ的响应，证明了其在复杂样品中的适用性。进一步的干扰实验也显示，即使在混合样品中，CBZ的回收率仍能达到85%以上，这表明MIP传感器在实际应用中能够有效排除其他化合物的干扰，提高检测的准确性。

在实际水样检测中，该传感器被用于检测饮用水、河水和海水中的CBZ。在未经过预处理的情况下，该传感器对CBZ的检测表现出较高的准确度，回收率在82%到116%之间，证明了其在实际环境监测中的可行性。此外，由于SPCE的便携性和易于操作性，该传感器非常适合现场检测，为环境监测提供了新的解决方案。

综上所述，本研究成功开发了一种基于MIP的电化学传感器，用于快速检测和定量分析水体中的CBZ。该传感器不仅具有良好的分析性能和选择性，还表现出较高的稳定性和便携性，为环境监测和污染控制提供了重要的工具。未来，这种传感器有望在实际应用中发挥更大的作用，尤其是在需要现场快速检测的场合。同时，该研究也为其他药物残留的检测提供了新的思路和方法，推动了环境分析技术的发展。