绿色合成酶功能化壳聚糖/Cu-BTC纳米纤维用于高选择性室温CO传感：超低检测限与稳定性突破

研究人员针对环境CO监测中灵敏度低、选择性差的问题，通过绿色合成法将Cu-BTC（HKUST-1）与壳聚糖复合，构建电纺纳米纤维传感器，并固定化一氧化碳脱氢酶（CODH）。该传感器在室温下实现0.85 ppm超低检测限，对CO响应达42%（干扰气体<15%），响应/恢复时间仅10/20秒，30天稳定性>90%，为可持续气体传感技术提供新范式。

　　

一氧化碳（CO）作为无色无味的"隐形杀手"，每年导致全球数万人中毒死亡。尽管世界卫生组织（WHO）规定8小时平均暴露限值为9 ppm，但现有传感器普遍面临功耗高、选择性差、需高温工作等问题。如何实现室温下高灵敏、高选择性检测，成为环境监测领域的重大挑战。

土耳其?ukurova大学的研究团队在《Talanta》发表突破性成果，通过绿色合成策略将金属有机框架（MOF）材料Cu-BTC（又称HKUST-1）与天然高分子壳聚糖复合，构建酶功能化纳米纤维传感器。该研究创新性地采用水/乙醇体系合成Cu-BTC，通过电纺技术制备图案化纳米纤维膜，并采用温和的压转印法将其转移至叉指电极（IDEs）上，最后固定化一氧化碳脱氢酶（CODH）。关键技术包括：绿色溶剂合成Cu-BTC、壳聚糖/Cu-BTC电纺溶液配制、CODH后固定化工艺，以及FTIR、XRD、SEM、TGA、BET等表征方法。

绿色合成与材料设计
通过FTIR证实Cu-BTC中羧酸根基团（-COO^-）在1445 cm^-1和1378 cm^-1的特征峰，以及Cu-O键在515 cm^-1的配位峰。XRD显示复合物中MOF晶体结构保持完整，SEM观察到直径均匀的纳米纤维（Cu-BTC负载量32%），BET测得复合材料比表面积达198 m²/g。

传感性能突破
在1-100 ppm CO范围内呈现1.76%/ppm的灵敏度，0.85 ppm检测限（3σ法）。25 ppm CO测试中，对CO响应达42%，远高于NO₂、H₂和乙醇（均<15%）。快速响应/恢复时间（10/20秒）和30天稳定性（>90%初始响应）使其适用于实时监测。

机制解析
壳聚糖的氨基/羟基促进MOF分散和酶固定，Cu-BTC的微孔结构（422 m²/g）增强气体吸附，CODH赋予特异性催化活性。三者协同作用形成"气体扩散-吸附-酶催化"级联反应链。

该研究通过多学科交叉策略，将MOF材料学、纳米技术与酶工程有机结合，不仅为环境毒气监测提供新工具，更开创了生物-无机杂化传感材料的设计范式。其绿色合成工艺和室温工作特性，完美契合可持续发展目标，在工业安全、智能家居等领域具有广阔应用前景。作者Ozlem ERDEM YILMAZ和Ali Can YILMAZ特别致谢?ukurova大学科研项目（FBA-2024-16686）的资助支持。