功能化碳纳米管修饰电极结合密度泛函理论计算用于美洛昔康的高灵敏吸附伏安检测

本研究针对美洛昔康(MLC)在生物样本中的检测难题，开发了一种基于羧基化碳纳米管(f-CNTs)修饰电极的吸附溶出伏安法(AdSV)。研究人员通过酸处理引入表面羧基，结合密度泛函理论(DFT)计算证实功能化CNTs与MLC的强相互作用机制，在pH 9的Na2HPO4缓冲体系中实现0.1-50 μM线性范围(R2=0.9944)和5×10-7 M检测限，成功应用于药品和尿液检测，为NSAIDs监测提供新方法。

　　

在关节炎治疗领域，美洛昔康(MLC)作为经典的非甾体抗炎药(NSAID)虽疗效显著，但其在人体内的代谢监测却面临技术瓶颈。传统检测方法如高效液相色谱耗时耗力，而常规电化学电极又易受表面污染困扰。更棘手的是，MLC在体液中浓度极低且存在多种干扰物，这对检测技术的灵敏度和选择性提出了双重挑战。

针对这些难题，来自巴基斯坦罗瑞安制药工业公司的研究人员创新性地将纳米材料与计算化学相结合。他们采用硝酸酸化处理的多壁碳纳米管(MWCNTs)构建了可再生的糊状电极(f-CNTs-PE)，通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)证实了羧基(-COOH)的成功修饰。令人振奋的是，这种"纳米海绵"般的修饰电极在pH 9的Na₂HPO₄缓冲液中，仅需5分钟富集就能捕获微量MLC分子，并在+0.45V处产生显著氧化峰。

研究团队采用三大关键技术展开攻关：首先是吸附溶出伏安法(AdSV)优化，通过差分脉冲伏安(DPV)模式放大信号；其次是密度泛函理论(DFT)计算，采用ωB97XD/6-31G(d,p)基组模拟MLC与CNTs-COOH+HN₂的相互作用；最后通过自然键轨道(NBO)分析揭示电荷转移机制。特别值得注意的是，研究人员还建立了实际样本检测方案，涵盖药品片剂和人体尿液两种复杂基质。

【材料表征】TEM和FT-IR显示酸处理使CNTs管径从20-30nm增至30-50nm，并在1710cm^-1处出现典型羧基伸缩振动峰。XPS进一步证实表面氧含量从3.1%提升至8.7%，为MLC吸附提供活性位点。

【电化学性能】在优化条件下，氧化峰电流与MLC浓度在0.1-50μM范围内呈完美线性，灵敏度达1.24μA/μM。理论计算给出的相互作用能(E_int)高达-34.82 kcal/mol，HOMO-LUMO能隙(E_H-L)降至2.13eV，从电子层面解释了优异的电催化活性。

【实际应用】在添加10倍浓度干扰物(如葡萄糖、抗坏血酸)情况下，回收率仍保持98.2-102.3%。药品检测结果与HPLC参考方法偏差<3%，尿液样本加标回收率达97.5±2.1%，验证了方法的可靠性。

这项研究通过"实验-理论"双验证模式，首次阐明羧基化CNTs对MLC的吸附增强机制。相比传统玻碳电极，f-CNTs-PE无需繁琐的抛光再生步骤，表面更新只需简单刮除旧膜。DFT计算不仅佐证了实验结果，更开创性地用NBO分析揭示MLC分子中N→O电荷转移是氧化峰产生的本质原因。该传感器在生理pH条件下工作，为临床血药浓度监测提供了可能，其设计思路也可拓展至其他NSAIDs的检测系统开发。