柚子皮衍生N,P共掺杂多孔生物炭封装偏磷酸钴纳米颗粒用于多巴胺电化学传感的增强

为解决多巴胺(DA)检测中电极材料制备复杂、成本高和环境不友好等问题，研究人员开发了一种基于柚子皮衍生N,P共掺杂多孔生物炭负载偏磷酸钴纳米颗粒(Co(PO3)2@N,P-BC)的新型电催化剂。该材料通过简单浸渍和一步碳化活化法制备，具有高灵敏度(10.8 mA/mM cm2)和低检测限(0.547 μM)，为神经退行性疾病的早期诊断提供了环保、低成本的解决方案。

　　

多巴胺(DA)作为儿茶酚胺家族的重要成员，是生物系统中的关键神经递质，对调节人类活动起着至关重要的作用。然而，DA神经传递功能障碍是大多数精神和神经系统疾病的标志，如帕金森病、精神分裂症等。目前全球有超过30亿人患有神经系统疾病，因此实现DA的灵敏、快速和便捷检测对于这些疾病的早期诊断和预测至关重要。尽管已有多种DA检测方法，如酶联免疫吸附试验、高效液相色谱等，但这些方法存在样品预处理复杂、仪器操作繁琐、设备昂贵以及使用有机溶剂和有毒物质等局限性，难以广泛应用于疾病筛查。相比之下，电化学传感技术能有效克服这些限制，但在实际应用中仍面临电极材料制备复杂、成本高、环境不友好以及催化活性和稳定性有限等问题。

为了解决这些问题，来自四川省科技计划项目和重庆医药高等专科学校人才项目支持的研究团队开展了一项创新研究，成果发表在《Microchemical Journal》上。他们首次利用废弃柚子皮衍生的生物炭作为载体，通过简单浸渍和一步碳化活化处理，合成了一种新型电催化剂——N,P共掺杂介孔生物炭负载偏磷酸钴纳米颗粒(Co(PO₃)₂@N,P-BC)。这一研究不仅为DA电化学检测提供了高性能电极材料，还为基于多孔生物质碳与过渡金属化合物复合的电化学传感电极开发提供了新思路。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：以柚子皮为碳、氮和磷源，通过浸渍法和一步碳化活化制备Co(PO₃)₂@N,P-BC；利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征材料形貌；通过电化学测试评估传感性能。

研究结果显示，N,P-BC对照组样品是由光滑碳纳米片组成的3D互连多孔框架，而经过钴盐浸渍和磷化处理后，材料表面形成了大量细小的Co(PO₃)₂纳米片颗粒。这种结构得益于N,P共掺杂生物质碳的多孔结构，有效避免了Co(PO₃)₂纳米颗粒的聚集，并大幅促进了电荷/电子转移。同时，偏磷酸盐(TMMPs)本身具有丰富的活性位点、优异的导电性和稳定的P-O键，为DA的电催化氧化提供了更多保障。

该传感器表现出高灵敏度(10.8 mA/mM cm²)和低检测限(LOD=0.547 μM，S/N=3)的优势。与现有方法相比，这种基于生物质碳的电极材料制备过程简单、环保且成本低廉，解决了传统电极材料制备复杂、成本高和环境不友好的问题。

在结论部分，研究人员强调，这项工作首次利用废弃柚子皮衍生的生物炭作为载体，成功制备了Co(PO₃)₂@N,P-BC电催化剂。生物炭的多孔结构显著增加了催化剂的比表面积，N,P共掺杂促进了电荷/电子转移，与TMMPs的协同作用使材料具有优异的电催化性能。这一研究不仅为DA电化学催化剂的制备提供了一种简便、环保、低成本的方法，还为基于多孔生物质碳与过渡金属化合物复合的电化学传感电极开发开辟了新途径，在神经退行性疾病的早期诊断和动态监测方面具有重要应用前景。

值得注意的是，该研究由Xinxi Li、Li Xu、Junchun Guo、Sheng Li和Xiaoli Xiong共同完成，他们声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响报告的工作。研究得到了四川省科技计划项目(2022YFG0312)和重庆医药高等专科学校人才项目(ygzrc2024103)的资助。