氨基酸功能化的Ti3C2Tx MXene对微量生物分子的选择性吸附

《Small》：Selective Adsorption of Trace Biomolecules by Amino Acid-Functionalized Ti3C2Tx MXene

精准检测和富集微量生物分子对早期疾病诊断、环境监测及生物技术研究至关重要。本研究通过硅烷连接剂将氨基酸修饰的Ti3C2Tx MXene纳米片固定于玻璃棉，构建新型吸附材料。实验证实修饰后MXene晶格稳定，在连续流动柱中表现出优异的预浓缩和回收性能。吸附遵循Langmuir等温线和伪二阶动力学，热力学参数（ΔG?<0，ΔH?>0，ΔS?>0）表明自发、吸热且界面无序度升高的化学吸附机制。测试的8种修饰剂中，半胱氨酸修饰的MXene对10ppm多巴胺实现近完全吸附，超声辅助乙醇-醋酸混合液解吸效率达99%，循环稳定性优于活性炭和硅胶。研究建立了高效、可循环的多巴胺捕获与富集平台。

　　

摘要

准确检测和富集痕量级生物分子对于早期疾病诊断、环境监测和生物技术研究至关重要。然而，传统吸附剂在极低分析物浓度下往往缺乏所需的灵敏度和选择性。本文系统研究了多巴胺在通过硅烷接头共价接枝到玻璃棉上的氨基酸表面修饰的Ti₃C₂T_x MXene纳米片上的吸附行为。全面的表征证实了MXene晶格的稳定性及其成功的功能化。制备了填充有氨基酸-MXene涂层玻璃棉的连续流柱，实现了从实际样品中的预浓缩和回收。吸附过程遵循Langmuir等温线和伪二级动力学，表明其为化学吸附。热力学分析（ΔG? < 0, ΔH? > 0, ΔS? > 0）表明该过程是自发的、吸热的，并伴随着界面无序度的增加。在所测试的修饰剂中，半胱氨酸修饰的MXene由于静电吸引、氢键作用和巯基-儿茶酚相互作用之间的协同效应，能够几乎完全吸附分析物（浓度达到10 ppm）。在优化条件下，使用超声辅助的乙醇-醋酸洗脱方法可实现超过99%的解吸率，并且该过程在十次吸附-解吸循环中表现出稳定的性能。与活性炭和硅胶相比，氨基酸-MXene吸附剂在容量、选择性和循环稳定性方面具有显著优势，为痕量生物分子的捕获和富集提供了一个多功能平台。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。