集成碳纳米材料的漆涂层在电化学检测及抗菌环境保护中的应用

《Microchemical Journal》：Carbon nanomaterial-integrated lacquer coatings for electrochemical detection and antimicrobial environmental protection

碳纳米材料嵌入漆涂层用于电化学传感器与抗菌多功能环境监测，解决传统方法分散性差、稳定性低和抗菌效果不持久问题，实验显示92%纳米材料分散率、90%涂层稳定性及91-94%抗菌活性，适用于工业与公共环境实时监测保护。

　　

王伟恒|龙宇|刘环宇

桂林理工大学艺术学院，中国桂林541006

摘要

像石墨烯和碳纳米管这样的碳纳米材料因其导电性、化学稳定性和抗菌特性，非常适合用于多功能环境应用的漆层涂层。这类涂层可以检测电化学污染物并防止表面微生物生长。现有的方法存在一些缺点，如纳米材料在聚合物基质中的分散性较差、涂层不稳定性、电化学检测灵敏度不高以及长期抗菌效果不佳。我们提出的新框架“利用碳纳米材料嵌入的漆层制备电化学传感器”（Electrochemical Sensor Fabrication Using Carbon Nanomaterial-Embedded Lacquer Coatings, ESF-CNELC）解决了这些问题。碳纳米颗粒在生物相容性漆层基质中均匀分布并功能化，从而在电极或高接触表面上形成一种耐用且导电的涂层。该框架不仅提供抗菌保护，还能准确监测环境分析物。实验结果表明，与传统涂层相比，ESF-CNELC平台在电化学灵敏度、稳定性和广谱抗菌活性方面均有显著提升，能够快速检测水和空气中的重金属、农药和微生物代谢物，同时保持公共或工业环境中的卫生表面。

部分内容摘要

概述

石墨烯和碳纳米管因其独特的结构和功能特性而备受关注[1]。碳纳米结构在导电性、比表面积、机械强度和化学稳定性方面表现出色，使其非常适合高级应用[2]。它们通过破坏细胞膜和产生活性氧物种而具备抗菌能力，可应用于环境和医疗领域[3]。

实施策略

将碳纳米材料与电化学传感器结合制成DELC（Carbon Nanomaterial-Embedded Lacquer Coatings）涂层，该涂层具有两种主要功能：检测污染物和提供抗菌保护[27]。作为一种先进的涂层，DELC能够有效监测重金属、农药和其他有害微生物的存在，提高检测灵敏度、稳定性和长期环境安全性。以漆为基底的涂层

数据集描述

Kaggle上的“多个地点的环境监测数据”（Environmental Monitoring Data for Multiple Sites）数据集包含了在不同地点测量的环境参数，包括温度、湿度、NO?、CO、颗粒物（PM2.5和PM10）以及其他气体污染物。该数据集可用于时空空气质量与气候分析、机器学习污染物预测以及实际环境中的电化学传感器阵列测试，有助于环境污染研究。

结果与讨论

含有纳米材料的电化学生物传感器能够高效、廉价且便携地检测抗生素、重金属和微生物残留物。虽然LC–MS和ELISA是常用的定量方法，但它们成本较高且耗时较长。本研究采用了具有导电性、稳定性和抗菌性的纳米材料/漆配方，用于实时环境监测和食品安全检测。此外，还使用了UV–Vis光谱和拉曼成像技术。

结论

ESF-CNELC提供了一种变革性的多功能环境保护和监测系统。该电化学传感器的纳米材料分散率为92%，涂层稳定性为90%，具有优异的抗菌效果（91–94%）和重复性（3–4%），在实际应用中表现出色（94–96%）。该系统适用于工业、公共和环境研究领域。

CRediT作者贡献声明

王伟恒：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件开发、资源准备。龙宇：实验研究、数据分析、概念构思。刘环宇：数据可视化、验证、方法学设计。

资金支持

本项工作未获得任何外部资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。