基于BiOBr-CuO纳米复合材料的非酶光化学传感器用于葡萄糖和四环素的高灵敏检测

为解决糖尿病监测和抗生素残留检测的难题，研究人员开发了一种基于BiOBr-CuO异质结的非酶光化学传感器（PEC）。该传感器通过增强可见光吸收和电荷分离效率，实现了对葡萄糖（0.1342 mA·mM?1·cm?2）和四环素（1.7234 mA·mM?1·cm?2）的高灵敏度检测，为临床和环境监测提供了新工具。

　　

糖尿病和抗生素滥用是当前全球公共卫生领域的重大挑战。国际糖尿病联盟预测，到2030年全球糖尿病患者将达6.3亿人，而四环素类抗生素的过度使用则导致环境污染和耐药性问题。传统检测方法存在成本高、操作复杂等局限，亟需开发新型快速检测技术。光化学传感（PEC）技术因其背景噪声低、灵敏度高的优势备受关注，但现有光活性材料普遍面临可见光吸收不足和电荷复合率高的瓶颈。

为此，国内某研究团队在《Sensors International》发表研究，通过溶剂热法构建了BiOBr-CuO（BiCu）异质结纳米复合材料，开发出可同时检测葡萄糖和四环素的双功能非酶PEC传感器。研究人员采用X射线衍射（XRD）、高分辨扫描电镜（HR-SEM）和紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）表征材料结构，通过莫特-肖特基（Mott-Schottky）和电化学阻抗谱（EIS）分析电荷传输特性，并利用循环伏安法（CV）和计时电流法评估传感性能。

3.1 材料表征
BiCu复合材料呈现不对称球形形貌（平均粒径169 nm），EDAX证实Bi、Cu、O、Br元素均匀分布。UV-Vis显示其带隙从BiOBr的2.80 eV降至2.17 eV，可见光吸收显著增强。莫特-肖特基曲线证实p-p型异质结形成，平带电位负移（-0.33 V）表明内建电场抑制了光生载流子复合。

3.2 葡萄糖检测性能
在0.1 M NaOH电解质中，BiCu电极对葡萄糖氧化的起始电位为+0.58 V，灵敏度达0.1342 mA·mM^?1·cm^?2（线性范围0.5-8 mM），检测限（LOD）为0.014 mM。其性能优于单一组分（BiOBr或CuO），归因于[BiO]⁺/[Br]^?层状结构产生的内建电场与Cu³⁺/Cu²⁺氧化还原协同作用。

3.3 四环素检测性能
该传感器对四环素表现出更高灵敏度（1.7234 mA·mM^?1·cm^?2），LOD为2.0 μM。选择性实验显示，即使干扰物浓度加倍（6 mM），其对四环素的响应仍保持特异性，这归因于Cu²⁺与四环素羰基的静电相互作用。

3.4 实际应用验证
在100倍稀释的人血样本检测中，葡萄糖回收率达99.2%-100.1%，与商用血糖仪结果一致。电极在25分钟连续光照下电流波动仅1.03%，20天后信号衰减<8%，展现优异稳定性。

这项研究通过构建BiOBr-CuO异质结，首次实现了单一PEC传感器对葡萄糖和四环素的双重检测。其创新性体现在三方面：一是利用BiOBr的[Bi₂O₂]层间极化效应增强电荷分离；二是通过p-p型能带匹配形成内建电场；三是开发出无需酶标记的检测方案。该技术为开发便携式检测设备奠定了基础，未来可通过集成柔性基底和微型光源，进一步拓展至可穿戴医疗监测领域。研究同时指出，需深入探究四环素与电极界面的分子作用机制，这将是后续工作的重点方向。