碳纤维纸上原位构建Cu/CuO&Co(OH)2纳米棒阵列用于大肠杆菌释放过氧化氢的高灵敏检测

针对活细胞中H2O2实时监测的技术瓶颈，江苏高校团队通过原位生长策略在碳纤维纸（CFP）上构建Cu/CuO&Co(OH)2纳米复合电极，实现了中性环境中10-5220 μM宽范围检测（检出限2.0 μM），并成功应用于大肠杆菌应激态内源性H2O2监测，为氧化应激相关疾病诊断提供了新工具。

　　

【研究背景】
在生命活动的微观战场上，过氧化氢（H₂O₂）扮演着"双面特工"的角色——既是细胞信号传导的信使，又是氧化应激的破坏分子。当这种小分子在肿瘤微环境中异常累积时，它便成为癌症等疾病的红色警报。然而传统检测方法如同"盲人摸象"：荧光探针易受背景干扰，酶法检测成本高昂，而近红外光谱虽能"隔空诊脉"却价格不菲。更棘手的是，这些技术大多会破坏细胞微环境，使得科学家们难以捕捉活细胞中H₂O₂的动态变化。

【研究突破】
江苏省高校联合团队在《Microchemical Journal》发表的研究中，创新性地将铜钴纳米材料与碳纤维纸（CFP）结合，打造出能实时监测细菌"呼吸"的纳米传感器。研究人员采用"三步生长法"：先让钴羟基氟化物（Co(OH)F）纳米棒在CFP上整齐排列，经煅烧变身Co₃O₄阵列；再通过化学沉积让六边形Cu/CuO纳米片"爬"上阵列；最后用肼蒸气将部分Co₃O₄还原为Co(OH)₂，形成具有协同效应的异质结构。

【关键技术】
研究团队运用水热合成构建Co(OH)F纳米棒阵列，通过可控煅烧实现Co₃O₄相变，采用化学气相沉积法精准调控Cu/CuO纳米片生长，结合电化学工作站进行性能测试，并以大肠杆菌为生物模型验证实际检测能力。

【研究结果】

1. 形貌分析：SEM显示Co(OH)F纳米棒呈规则矩形（长2-3 μm），煅烧后转变为多孔Co₃O₄阵列，最终形成的Cu/CuO&Co(OH)₂复合材料呈现"纳米棒托举纳米片"的立体结构。
2. 电化学性能：在0.4 V（vs. SCE）工作电位下，传感器对H₂O₂的灵敏度达217.4 μA mM^-1 cm^-2，抗干扰实验显示对葡萄糖、抗坏血酸等物质的响应信号不足H₂O₂的5%。
3. 细菌检测：在抗生素刺激下，传感器成功捕捉到大肠杆菌释放的H₂O₂浓度变化，与荧光显微镜结果高度吻合。

【研究意义】
这项研究通过巧妙的材料设计解决了传统传感器"粘合剂阻塞活性位点"的痛点，Cu/CuO与Co(OH)₂的协同作用使电子转移效率提升3.6倍。该传感器不仅能实时监测微生物氧化应激状态，更为重要的是，其宽pH适应性（pH 5-9）和长期稳定性（30天保持92%活性）使其在肿瘤微环境检测中展现出独特优势。YuanXia Zuo等研究者开创的"无粘合剂"原位生长策略，为开发下一代活体生物传感器提供了普适性模板。