铜功能化氧化生物炭非酶传感器的绿色合成及其在真实样本中尿酸电化学检测的应用

本文报道了一种基于杜松籽衍生的铜功能化氧化生物炭（Cu@BC-COOH）修饰玻碳电极（GCE）的全绿色电化学传感器，实现了尿酸（UA）的超灵敏（检测限0.015 μM）和选择性检测。该传感器通过羧基化生物炭负载铜纳米颗粒（CuNPs），展现出三线性范围（0.05–7.5 μM）、超高灵敏度（6.8×107 μA·μM?1·cm?2）及优异抗干扰性，在尿液（回收率83.2–87.9%）和自来水（98.5–99.5%）检测中验证了其实际应用价值，为可持续电化学传感提供了新范式。

　　

亮点

本研究首次采用杜松籽为单一生物源，同步制备生物炭（BC）和铜纳米颗粒（CuNPs），构建了零废弃的Cu@BC-COOH纳米复合材料。该材料通过羧基功能化增强分散性，并利用铜的催化活性，实现了尿酸（UA）在0.015 μM超低检测限下的精准测定，灵敏度高达6.8×10⁷ μA·μM^?1·cm^?2，且能有效区分抗坏血酸（AA）和多巴胺（DA）的干扰信号。

材料与方法

实验采用杜松籽（Juniperus communis）为原料，经热解制得生物炭后，依次用柠檬酸和硝酸/氢氧化钠氧化引入羧基（-COOH），再通过原位还原法负载CuNPs。通过透射电镜（TEM）和X射线衍射（XRD）证实了铜纳米颗粒（20–50 nm）在生物炭表面的均匀分布，且复合材料保留了高比表面积（412 m²/g）和丰富的含氧官能团。

结果与讨论

传感器在0.05–7.5 μM范围内呈现三阶段线性响应，对UA的氧化过电位降低至0.12 V（vs. Ag/AgCl）。选择性实验表明，即使在高浓度AA（100 μM）和DA（50 μM）存在下，UA信号偏移<4.2%。实际样本测试中，尿液检测回收率（83.2–87.9%）略低于自来水（98.5–99.5%），可能与尿液基质复杂性有关。

结论

该工作为开发生物质衍生电化学传感器提供了绿色模板，其“全生物源”策略显著降低了传统金属-碳复合材料的环境足迹，同时满足了即时诊断（POCT）对灵敏度、选择性和操作稳定性的核心要求。