氧空位调控的氧化钼纳米片：用于多种磷酸盐精准识别的比色传感器阵列新策略

《Journal of Advanced Research》：Oxygen-Vacancy-Regulated Molybdenum oxide nanosheets for a Multi-Phosphate Discriminative colorimetric sensor array

本研究针对传统磷酸盐检测技术需构建复杂多离子系统、传感器单元制备繁琐的瓶颈，开发了一种基于氧空位调控MoOx(2?≤?x?≤?3)纳米片的比色传感器阵列。通过精确调控氧空位浓度实现等离子体共振吸收峰可调，利用不同构型磷酸根离子对光吸收范围及等离子体峰值的差异化影响，结合统计分析成功区分了ATP、ADP、AMP等十种磷酸盐。该传感器在血清等复杂体系中展现优异性能，为高效传感器阵列设计提供了新思路。

　　

在生物体内，磷酸盐如同能量货币和信号使者，参与着从能量代谢到遗传信息传递的关键生命活动。腺苷三磷酸(ATP)为细胞活动提供动力，其他核苷酸如鸟苷三磷酸(GTP)、胞苷三磷酸(CTP)等则在脂质代谢、DNA合成等过程中不可或缺。然而，当这些磷酸盐的水平出现异常，便可能与低磷血症、佝偻病、慢性肾病等多种疾病密切相关。因此，精准检测和区分不同类型的磷酸盐，对于疾病诊断和健康监测具有重大意义。

传统检测方法如色谱、电化学和荧光技术，往往一次只能检测一种特定类型的磷酸盐，这在含有多种磷酸盐的复杂生物样本中显得力不从心。虽然模仿人类嗅觉系统的传感器阵列（常被称为“电子舌”）能同时检测多种物质，但现有阵列多依赖复杂合成工艺的荧光系统或需要外加显色底物的比色平台，存在成本高、便携性差、难以实时检测等局限。

近日发表于《Journal of Advanced Research》的一项研究，报道了一种创新解决方案。研究团队首次设计了一种基于氧空位调控的氧化钼(MoO_x)纳米片比色传感器阵列，成功实现了对十种磷酸盐的高效检测与区分。

研究人员采用的关键技术方法包括：通过液相剥离法制备MoO_x纳米片，利用紫外照射精确调控氧空位浓度；建立双通道检测系统（非辐照通道检测425 nm吸光度，UV辐照通道检测690 nm吸光度）；使用线性判别分析(LDA)和层次聚类分析(HCA)对多维光谱数据进行模式识别；并在胎牛血清(FBS)和4T1细胞裂解液等复杂生物基质中验证传感器性能；通过MTT实验评估材料的生物相容性。

结果与讨论

材料表征与机理验证

XRD分析显示MoO_x纳米片衍射峰宽化并向低角度位移，表明晶体结构无序化程度增加。TEM图像证实纳米片呈良好分散的无定形结构，磷酸盐吸附后结构更加松散。XPS和EPR分析共同验证了氧空位存在，且磷酸盐吸附可增强氧空位浓度。理论计算表明磷酸盐吸附为自发放热过程，吸附能为-4.35 eV，能有效缩小能隙，增强可见光吸收。

传感器性能评估

通过调控氧空位浓度，建立了双通道比色传感系统。十种磷酸盐在425 nm和690 nm处呈现独特的响应图谱，每种磷酸盐都有特征性的“指纹”图谱。LDA分析显示在300-800 μM浓度范围内能有效区分所有十种磷酸盐，二元和三元混合物也能被准确识别。传感器在pH 5-9范围内保持良好稳定性，210天长期储存后性能保持95%以上。

实际应用验证

在胎牛血清和细胞裂解液等复杂基质中，传感器对ATP、ADP、AMP、PPi、Pi等磷酸盐仍能实现准确区分。加标回收实验显示回收率为95.74%-104.21%，RSD%小于5%，证实其在复杂生物样本中的可靠性。特别值得注意的是，传感器能有效区分300-700 μM浓度范围的ATP，这与急诊患者入院时的ATP浓度范围高度吻合，显示出临床应用的潜力。

结论与意义

该研究首次提出基于氧空位调控的MoO_x纳米片比色传感器阵列策略，成功实现了十种磷酸盐的同时检测与区分。相比传统方法，该传感器阵列具有制备简单、成本低廉、无需外源显色剂等优势，在复杂生物样本中展现优异性能。这种通过缺陷工程调控材料光学性质的理念，不仅为磷酸盐检测提供了新技术，也为其他过渡金属氧化物在传感领域的应用开辟了新途径。该研究为疾病诊断、环境监测和工业质量控制提供了高效、实用的分析工具，特别是在实时、现场检测场景中具有广阔应用前景。