微波辅助合成氮掺杂碳量子点嵌入分级多孔PANI/g-CMC水凝胶用于L-精氨酸的高灵敏度传感

本文开发了一种基于2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙磺酸接枝羧甲基纤维素（g-CMC）与聚苯胺（PANI）复合的导电水凝胶，并嵌入氮掺杂碳量子点（N-CQDs）。通过XRD、SEM和FTIR表征证实，该传感器对L-精氨酸（L-Arginine）展现出1–100 μM的检测范围和0.63 μM的超低检测限（LOD）。EIS和CV分析显示其电荷转移电阻与浓度高度相关，且在血清样本中回收率达98–103%，RSD<4%，为临床检测提供了新方案。

　　

亮点
本研究通过微波辅助水热法成功制备了平均尺寸5 nm的N掺杂碳量子点（N-CQDs），并构建了具有分级多孔结构的g-CMC/PANI/N-CQDs复合水凝胶。该材料凭借氮/磺酸基团的协同作用，展现出卓越的电子传导能力和L-精氨酸特异性吸附性能。

材料
实验采用石墨粉（Fisher Chemical）和尿素（埃及El-Nasr公司）作为碳/氮源，以羧甲基纤维素钠（CMC，取代度0.70）、L-精氨酸（99%，Sisco）、苯胺盐酸盐等为原料，通过过硫酸铵（APS）引发自由基聚合，最终形成三维网络结构水凝胶。

水凝胶结构研究
通过KPS引发剂产生的SO₄•^?和•OH自由基，使AMPS成功接枝到CMC骨架上。FTIR证实了磺酸基团（?SO₃H）的特征峰，XRD显示N-CQDs的典型石墨烯层间距（0.34 nm），SEM则观察到水凝胶的蜂窝状多孔形貌，比表面积达182 m²/g。

结论
该传感器在0.1 M PBS（pH 7.4）中表现出超灵敏响应，检测限低至0.63 μM，且能有效区分精氨酸与赖氨酸等结构类似物。实际血清样本检测回收率接近100%，RSD<4%，证实其临床转化潜力。