通过使用封闭式双极电极的空间分辨比率电化学发光系统，实现对盐酸氯丙嗪的视觉检测

《Microchemical Journal》：Visual detection of chlorpromazine hydrochloride via a spatially resolved ratiometric electrochemiluminescence system using a closed bipolar electrode

　　

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  开发了一种空间分辨的封闭型BPE-ECL阵列，用于CPZ的可视化比率传感。
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  CPZ增强了Ru-ZnMOFs阳极ECL的效果，并抑制了g-C₃N₄/UiO-66-NH₂阴极ECL的发光。
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  在直流电场的驱动下，智能手机能够捕捉到CPZ的比率信号，实现超灵敏检测。
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  这种便携式阵列能够可靠地对实际药物样品中的CPZ进行定量分析。

引言

氯丙嗪盐酸盐（CPZ）是一种抗精神病活性药物成分，长期以来在人类和动物治疗中得到广泛应用[1]。该药物主要用于治疗精神分裂症、双相情感障碍、严重焦虑和其他精神疾病[2]。然而，长期使用可能诱发不可逆的毒性副作用，包括视力模糊、锥体外系反应、性功能障碍和意识障碍[3]。因此，开发快速、灵敏的检测方法来定量药品中的CPZ具有重要的实际价值。迄今为止，已有多种分析技术用于CPZ的检测，包括高效液相色谱法（HPLC）[4]、液相色谱-质谱联用（LC–MS/MS）[5]、气相色谱-质谱联用（GC/MS）[6]、荧光光谱法[7]、表面增强拉曼光谱法（SERS）[8]和毛细管区电泳（CZE）[9]。然而，这些传统方法受到仪器体积庞大、前处理复杂、检测时间较长以及不适合现场测试的局限性，无法满足快速筛查的需求。相比之下，电化学检测方法具有高灵敏度、快速响应和易于微型化的优点，成为药物痕量分析的有前景的替代方法[10]、[11]、[12]、[13]。

电化学发光（ECL）是一种由电极界面处电子转移过程中活性中间体和自由基的激发跃迁引起的辐射发光现象[14]、[15]、[16]。结合电化学与化学发光技术，ECL具有精确的时空控制能力、低背景噪声、高灵敏度以及不需要外部光源的优点[17]、[18]、[19]、[20]、[21]。传统的单信号ECL传感器容易受到电极表面条件、温度和杂质干扰的影响，从而限制了其准确性和重复性[22]。比率双信号传感器通过比较两个信号的比例来消除环境和仪器系统误差，因此比单信号传感器具有更强的抗干扰能力和更好的稳定性[23]、[24]。目前报道的比率ECL传感器主要分为四种类型：双电位型、双波长型、内部标准型和双电极型[25]。双电位型传感器依赖于具有良好分离激发电位的荧光团，这使得材料筛选变得极具挑战性[26]。光谱重叠和能量转移串扰会降低双波长ECL系统的基质耐受性[27]。内部标准型传感器通过内置校正来消除与电极和环境相关的变量影响，但必须减轻实验条件对参考信号的影响以确保信号稳定性[28]。双电极型比率ECL通过单一电场同时激活阳极和阴极反应，无需双通道电位控制，大大简化了设备结构[29]、[30]。特别是，c-BPE-ECL阵列物理隔离了阳极和阴极溶液，有效防止了两者之间的交叉干扰[31]。Doyle等人报道，馈电电极的几何形状显著影响了开放双电极ECL系统中的电位分布和空间分辨发光[32]。我们之前的工作将封闭双电极与丝网印刷碳阵列结合，开发了一种可视化的双通道ECL平台，该平台具有强大的抗干扰能力、高精度、便携性和可视化读数功能，能够同时检测对乙酰氨基酚和芸香素[33]。通过合适的探针和载体，这种c-BPE-ECL成像系统在CPZ的比率传感方面具有应用潜力。

金属有机框架（MOFs）是由金属离子/簇和有机链接剂通过配位键组装而成的高孔隙率晶体材料[34]。它们易于合成调节、孔隙率可调、表面积大且稳定性优异，有利于高效固定ECL荧光团并提升传感性能[35]。在本研究中，使用了富含羧基的钌-联吡啶衍生物tris(4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine)ruthenium(II) (Ru(dcbpy)₃²⁺，并与Zn²⁺离子配位制备了基于钌的金属有机框架（Ru-ZnMOFs），如图1所示。与需要后合成加载Ru(bpy)₃²⁺的传统MOFs不同，这种材料将荧光团直接嵌入框架中作为有机链接剂，不仅防止了Ru(dcbpy)₃²⁺的泄漏，还实现了其稳定固定[36]。UiO-66-NH₂是一种具有高比表面积和优异稳定性的锆基MOF半导体，是功能应用的理想支架[37]。石墨氮化物（g-C₃N₄）与UiO-66-NH₂之间的能量带匹配有助于构建异质结，从而加速光生载流子的分离并优化传感器性能[38]。本研究制备了一种双通道可视化比率c-BPE-ECL传感器，用于CPZ的检测，其中g-C₃N₄/UiO-66-NH₂异质结作为阴极探针，表现出CPZ抑制的发光，而Ru-ZnMOFs作为阳极探针，表现出CPZ增强的发光。最终，比率ECL信号实现了高度抗干扰、可视化的双通道定量检测。

在本研究中，制备了一种双通道可视化比率c-BPE-ECL传感器，用于CPZ的检测，其中g-C₃N₄/UiO-66-NH₂异质结作为阴极探针，表现出CPZ抑制的发光，而Ru-ZnMOFs作为阳极探针，表现出CPZ增强的发光。所提出的c-BPE-ECL阵列中，阳极和阴极通道实现了物理隔离，有效避免了两种荧光团-反应物体系的交叉干扰。因此，同步的双比率ECL转换可以通过同一直流（DC）电场实现，无需多通道电位控制器。此外，空间分辨的双色ECL发射使得智能手机成像实现高效、高通量的定量分析成为可能。通过整合这些特性，传感器实现了抗干扰和可视化的双通道比率输出，从而实现了对CPZ的灵敏可靠定量检测。

章节摘录

实验部分

所有试剂、仪器、自制的ECL成像系统（图S1）以及c-BPE-ECL阵列的制备过程（图S2–S3）的详细信息见支持信息。

在ECL实验中，每个通道中加入了50?μL的制备溶液。阳极通道由35?μL的0.1?M PBS（pH?7.5）、5?μL的0.1?mg/mL Ru-ZnMOFs、5?μL的6?mM TPA和5?μL的1.0?×?10^?6?M CPZ溶液组成。首先滴加了g-C₃N₄/UiO-66-NH₂复合材料

Ru-ZnMOFs和g-C₃N₄/UiO-66-NH₂的特性分析

Ru-ZnMOFs和g-C₃N₄/UiO-66-NH₂复合材料分别通过一步水热法和溶剂热法合成。其详细的制备方案见支持信息。

使用傅里叶变换红外（FT-IR）光谱表征了合成材料的结构完整性。如图S4A所示，Ru-ZnMOFs的光谱保留了1550和1630?cm^?1处的特征双吡啶骨架振动

结论

总结来说，我们成功地构建了一个基于c-BPE的比率ECL平台，使用Ru-ZnMOFs和g-C₃N₄/UiO-66-NH₂作为功能信号单元，实现了双通道可视化读数。两个ECL探针分别位于阴极和阳极，有效消除了独立发光/反应体系之间的电位干扰。值得注意的是，在同一直流电场的作用下，两种ECL发射均可以同时被触发。

CRediT作者贡献声明

Nana You：撰写 – 原初草稿、研究、概念构思。Xiaoping Hu：研究、数据分析。Fuli Xu：研究、数据分析。Guoning Liu：数据管理、研究。Fangxin Du：验证、监督。Gen Liu：撰写 – 审稿与编辑、项目管理、方法学设计、研究、资金申请。

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

本研究得到了国家自然科学基金（编号22304058）、淮北师范学院自然科学项目（编号2024ZK74和2024ZK75）、产教研合作项目（编号22100370）以及教育部绿色与精密合成化学及应用重点实验室的自主研究项目的支持（编号KLGPSCA202103）。

Nana You|Xiaoping Hu|Fuli Xu|Guoning Liu|Fangxin Du|Gen Liu