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在生物微环境监测中，碳纤维微电极（CFME）污染会影响其分析性能。研究人员开展了在去离子水中对 CFME 进行电化学表面改性和再生的研究。结果表明该方法能有效激活和再生电极，提高检测灵敏度。这为生物检测电极处理提供了新方向。
在生物微环境监测的广阔领域中，微电极发挥着至关重要的作用，尤其是碳纤维微电极（CFME），凭借其出色的生物相容性和快速响应时间，成为实时监测生物事件的有力工具。然而，就像一把锋利的宝剑会逐渐生锈变钝一样，CFME 在使用过程中也面临着严峻的挑战 —— 检测电极的污染、钝化或污垢问题。这些问题如同隐藏在暗处的 “敌人”，严重破坏了电分析设备的分析性能。
在生物微环境复杂的 “化学海洋” 里，CFME 会受到多种污染物的 “侵袭”，诸如 5 - 羟色胺（5 - HT）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）、水杨酸（SA）等有机生物分子及其氧化和代谢产物。它们在 CFME 表面形成一层绝缘膜，随着时间的推移，CFME 的电信号灵敏度大幅下降，就像一个信号接收者被蒙上了一层厚厚的布，难以准确接收外界信息。这不仅影响了对生物体内神经递质等重要物质的检测，也阻碍了相关生物过程的深入研究。为了解决这一棘手问题，研究人员踏上了探索之路。虽然此前有多种方法用于更新固体电极，但由于碳纤维自身韧性较弱，机械再生方法并不适用，而电化学预处理成为了改善 CFME 性能的首选。不过，以往的电化学预处理大多基于在不同电解液中进行，在去离子水中通过恒电位法对 CFME 进行电化学激活和再生尚未得到证实。
在这样的背景下，研究人员开展了一项具有开创性的研究。他们致力于开发一种简单、低成本、生物相容性好且环境友好的方法，用于 CFME 的激活和再生。经过一系列严谨的实验，研究人员取得了令人瞩目的成果。
研究人员首先通过响应面法（CCD）对电极激活处理的实验条件进行优化。他们发现，在去离子水中，将新制备的 CFME 施加 1.75 V 的电位，处理 26.13 min 时，能够获得最佳的激活效果。在该条件下，多巴胺的氧化峰电流显著增加，与未激活的 CFME 相比，激活后的 CFME 氧化峰电流提高了 481.82%，并且在连续五周的检测中，其对多巴胺的电化学响应下降小于 5%，展现出了卓越的稳定性。
接着，研究人员对比了去离子水与强电解质溶液对 CFME 的激活性能。结果显示，在相同的电化学预处理条件下，去离子水激活的 CFME 对多巴胺的氧化峰电流增加幅度更大，达到 468.41%，高于 0.1 mol/L H?SO?溶液（309.03%）和 0.1 mol/L PBS 溶液（84.14%）。同时，去离子水激活的 CFME 电化学性能更为稳定，相对标准偏差（RSD）仅为 3.43%（n = 5）。原子力显微镜（AFM）结果表明，去离子水激活的电极表面平均均方根粗糙度为（1.81 ± 0.2）nm，而 H?SO?激活的电极粗糙度高达（28.15 ± 0.5）nm，这表明去离子水激活电极能在不严重蚀刻电极表面的情况下实现电极更新。
为了探究去离子水激活电极对中毒 CFME 的再生能力，研究人员模拟了电极中毒过程。他们将 CFME 置于 5 - HT 中进行连续循环伏安（CV）扫描，发现电极峰电流持续下降，表明 5 - HT 对 CFME 表面有严重的中毒作用。经过去离子水的电化学预处理，中毒 CFME 对多巴胺的电化学响应得以恢复，且再生后的 CFME 氧化峰电流大于未激活的 CFME。通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）分析发现，再生 CFME 和激活 CFME 表面的氧含量相较于未激活和中毒的 CFME 大幅增加，约为原来的 10 倍。这意味着在电化学处理过程中，有含氧功能基团键合到了电极表面，从而提高了电极表面的润湿性和亲水性，促进了多巴胺在电极表面的积累。
在定量分析方面，研究人员采用差分脉冲伏安法（DPV）对神经递质进行检测。结果显示，再生 CFME 对多巴胺的检测限低至 3.1×10?? mol/L，在 1.0×10?? - 1.0×10?? mol/L 的浓度范围内呈现良好的线性关系（R2 = 0.9961）。与其他类型的碳基微电极相比，再生 CFME 的检测限更低，检测灵敏度更高。
此外，研究人员还对再生 CFME 的适用性进行了扩展研究。他们更换了电极污染物（NADH 和 SA）和检测对象（去甲肾上腺素（NE）和肾上腺素（E）），发现无论电极被何种物质污染，也无论检测何种物质，去离子水电化学预处理方法都能恢复污染电极的检测性能。在实际样品分析中，将再生 CFME 应用于血液样本中多巴胺的检测，采用标准加入法进行回收率测试，结果显示，五次平行测量的相对标准偏差（RSD）小于 5%，加标回收率在 98.03% - 103.09% 之间，证明了该方法具有良好的准确性和可靠性。
综上所述，研究人员成功开发了一种基于恒电位电流 - 时间曲线法在去离子水中对碳纤维电极进行电化学预处理的新方法，能够有效激活和再生 CFME。该方法不仅比传统的强电解质溶液激活方法效果更好，而且具有绿色环保、对电极表面损伤小等优点。其激活和再生电极的主要原因是在电化学预处理过程中，CFME 表面修饰了氢氧根离子，形成了含氧功能基团，提高了碳纤维表面的润湿性和亲水性，促进了多巴胺在 CFME 表面的聚集。此外，该方法对多种电极污染物都具有良好的激活和再生效果。这项研究为生物微环境检测中电极的激活和再生提供了一种高灵敏度、高重复性、绿色高效的新途径，有望推动相关领域的进一步发展。该研究成果发表在《Chinese Journal of Analytical Chemistry》上，为分析化学领域的发展贡献了重要力量。
在研究方法上，研究人员主要运用了电化学工作站进行循环伏安法（CV）和安培法检测，利用原子力显微镜（AFM）观察电极表面形貌并计算粗糙度，通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）分析电极表面的微观结构和元素组成变化，还使用差分脉冲伏安法（DPV）进行神经递质的定量分析。同时，在模拟电极中毒和实际样品分析中，采用了特定的实验流程来验证方法的有效性。这些技术方法相互配合，为研究的顺利开展提供了有力支持。
