铜-金属有机框架/MXene/碳纳米管三元复合材料构建的电化学传感平台用于水体中多巴胺的高灵敏检测

为解决水体中神经递质多巴胺（DA）作为微污染物引发的健康风险，研究人员开发了一种基于铜-金属有机框架（Cu-MOF）、MXene和碳纳米管（CNTs）的三元复合材料（MMC），通过水热法构建高灵敏度电化学传感器。该传感器在0.1-50 μM范围内呈现优异线性响应，检测限低至0.035 μM，并具备高选择性、稳定性和实际水样检测能力（回收率97.3%-103%），为环境监测提供了新策略。

　　

多巴胺（DA）作为人体关键神经递质，其工业应用导致水体污染问题日益严峻。过量DA通过食物链累积可能诱发帕金森病、阿尔茨海默病等慢性疾病，但传统检测方法如高效液相色谱（HPLC）成本高、操作复杂。针对这一挑战，中国某研究团队创新性地将铜-金属有机框架（Cu-MOF）与二维材料MXene、一维材料碳纳米管（CNTs）复合，构建了高性能电化学传感器，相关成果发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》。

研究采用水热合成法分两步构建MMC复合材料：先通过超声自组装将CNTs嵌入MXene层间，再与Cu-MOF前驱体混合进行一锅法水热反应。利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）证实材料形貌，通过循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）评估传感性能。

材料表征显示，MXene经氢氟酸（HF）蚀刻后层间距显著扩大（图1a），CNTs在MXene表面形成管状网络（图1d），能量色散谱（EDS）证实Cu、Ti、C元素均匀分布（图1c）。电化学性能测试表明，MMC修饰电极在pH 5条件下对DA氧化呈现显著催化活性，电子转移数测算为2，证实DA转化为多巴胺醌（DQ）的两电子过程。灵敏度分析显示DPV响应电流与DA浓度在0.1-50 μM范围内线性相关，检测限达0.035 μM（信噪比S/N=3）。抗干扰性实验验证了该传感器对抗坏血酸（AA）、尿酸（UA）及金属离子（Na⁺
、K⁺
等）的高选择性。实际应用中，加标水样回收率97.3%-103.6%，相对标准偏差（RSD）<5%。稳定性测试表明30天后传感器保留85%初始性能，三批次电极制备RSD仅0.3%。

该研究通过MOF的稳定多孔结构、MXene的高比表面积与CNTs的导电网络协同作用，突破了单一MOF材料导电性差的瓶颈。Ziyu Yuan等提出的MMC复合材料不仅为环境水体DA监测提供了灵敏、可靠的解决方案，其设计思路对开发其他神经递质传感器具有重要借鉴意义。特别是材料中Cu-MOF与MXene的静电自组装机制、CNTs构建的快速电子传递通道等创新点，为功能性纳米复合材料设计提供了新范式。