《Sensors and Actuators B: Chemical》：Interlacing MXene with Ketjen Black Networks for In Situ Growth of Pt Nanoparticles: An Antifouling Electrochemical Sensor for Homocysteine
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•开发了一种PtNPs/MXene/KB复合材料用于抗污Hcy传感。•该传感器具有宽的线性范围和低检测限（2.09 nM）。•其表现出良好的选择性、重现性和长期稳定性。•该传感器具有有效的抗污性能，可实现血清中Hcy的准确检测。引言同型半胱氨酸（Hcy）是甲硫氨酸代谢的关键中
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开发了一种PtNPs/MXene/KB复合材料用于抗污Hcy传感。
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该传感器具有宽的线性范围和低检测限（2.09 nM）。
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其表现出良好的选择性、重现性和长期稳定性。
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该传感器具有有效的抗污性能，可实现血清中Hcy的准确检测。
引言
同型半胱氨酸（Hcy）是甲硫氨酸代谢的关键中间产物[1]。血浆Hcy异常升高，即高同型半胱氨酸血症（HHcy），是心血管疾病[2]、阿尔茨海默病[3]、糖尿病并发症[4]以及各种恶性肿瘤[5]的独立危险因素。因此，准确检测Hcy对于相关疾病的早期诊断和预后评估具有重要意义。在现有的检测方法中，电化学传感技术因其响应迅速、成本低廉、灵敏度高且易于小型化而备受关注[6][7][8]。然而，电极生物污垢却是一个长期被忽视的关键瓶颈，严重制约了电化学传感器的实际应用。该问题的产生源于复杂生物基质中丰富的蛋白质和其他大分子物质，它们极易非特异性吸附在电极表面并形成绝缘钝化层[9]。一旦形成，该层将严重阻碍电子传递和物质传输，导致灵敏度降低、信号漂移和重现性差[10][11][12]。因此，许多在理想条件下表现优异的传感器在应用于实际样品时却显得力不从心。因此，构建兼具高灵敏度和强抗污性能的传感界面已成为该领域亟需解决的核心挑战。
MXene是一类新兴的二维（2D）过渡金属碳化物和氮化物，兼具金属导电性、可调的表面化学特性和固有的亲水性，使其在电化学传感应用中极具吸引力[13][14][15]。MXene表面丰富的极性端基（–OH、–O和–F）赋予其强亲水性，通过氢键作用促进电极/电解质界面处稳定水合层的形成[16]。作为位阻和水合屏障，水合层可有效抵抗蛋白质吸附，使MXene成为抗污传感界面的理想候选材料。然而，MXene纳米片之间的强范德华力导致不可逆的重堆叠[17][18]，显著降低了比表面积和活性位点的可及性，从而限制了其电化学性能的充分发挥。此外，MXene在暴露于环境条件下时易被氧化，进一步损害其结构完整性和电化学活性[19][20]。因此，充分发挥MXene优势的关键在于有效抑制其重堆叠和氧化，同时保持其固有亲水性。
为了解决上述局限性，将Ketjen Black（KB）纳米粒子嵌入MXene层间。KB是一种具有独特三维（3D）分支网络结构的高导电炭黑[21][22]，可充当物理间隔物抑制MXene纳米片的重堆叠，从而保持较大的可及表面积。与此同时，导电KB网络促进整个复合材料中的快速电子传输，而表面修饰的KB纳米粒子则作为保护层防止MXene被氧化。重要的是，KB嵌入后MXene的固有亲水性得以保持，确保材料维持其抗污能力。受近期异质结构工程进展的启发[23][24]，进一步通过原位还原法将PtNPs沉积在MXene/KB表面。得益于其对同型半胱氨酸氧化的优异电催化活性，沉积的PtNPs有效降低了过电位并放大了电流响应[25]。然而，除功能性材料的选择外，电极界面的合理设计对于实现高性能电化学生物传感器同样至关重要[26]。通过这些功能组件和精心设计界面，所得异质结构协同整合了KB提供的结构稳定性和导电性、PtNPs贡献的电催化活性以及亲水MXene表面赋予的抗污性能。该设计不仅克服了MXene重堆叠的固有局限性，还通过水合排斥和物理阻隔提供了双重抗蛋白污染屏障。总体而言，这种多功能设计有望提供更稳健的传感平台，并提升其在实际应用中的潜力。
在上述设计指导下，首先通过将KB纳米粒子嵌入MXene层制备MXene/KB复合材料（方案1A），随后在MXene/KB表面进行PtNPs的原位还原（方案1B）。所得PtNPs/MXene/KB修饰电极用于电化学Hcy检测（方案1C）。该传感器在6.28 nM至210 μM的浓度范围内对Hcy呈现线性响应，检测限为2.09 nM。值得注意的是，其展现出优异的抗污性能，在BSA暴露后保留近80.0%的初始灵敏度，而相同条件下裸GCE仅保留约30.0%。此外，该传感器无需复杂预处理即可准确定量人血清样品中的Hcy，回收率在96.9%至103.2%之间，结果令人满意。因此，本工作为构建抗污电化学传感器提供了一种可行的材料设计策略，同时拓展了基于MXene的复合材料在复杂生物基质中的应用潜力。
章节摘要
实验部分
关于试剂、仪器、MXene的制备以及PtNPs/MXene/KB修饰电极的详细制作信息，请参见补充材料。
材料表征
采用扫描电子显微镜（SEM）对合成材料的形貌进行表征。如图1A所示，MXene（Ti3C2TX）呈现典型的百叶窗状层状结构，证实了MAX相前驱体的成功剥离。KB的SEM图像（图1B）显示，30–50 nm的原生颗粒聚集形成"葡萄状"三维分支网络，这解释了其优异的电导率和高的比表面积。在形成之后
结论
综上所述，通过将KB嵌入MXene层间并随后通过原位还原负载PtNPs，成功制备了PtNPs/MXene/KB三元复合材料。各组分协同整合赋予该材料高导电多孔网络和增强的对Hcy氧化的电催化活性。所得电化学传感器具有宽线性范围（6.28 nM至210 μM）、低检测限（2.09 nM）、良好的选择性、优异的
CRediT作者贡献声明
蒲露梅：方法论、调查研究。李文研：指导、软件、方法论。刘富新：撰写——审阅与编辑、项目管理、资金获取、正式分析。冯燕：撰写——原稿撰写、调查研究、数据整理。徐伟兵：验证、数据整理。龙海涛：指导、软件。刘秀辉：撰写——审阅与编辑、资金获取。韩正刚：方法论、正式分析。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作得到了甘肃农业大学公开招聘博士科研启动经费（GAU-KYQD-2024-20）和国家自然科学基金（编号21565021）的资助。
冯燕目前是甘肃农业大学理学院的硕士研究生。她的研究兴趣包括电化学分析化学、电化学传感器以及纳米材料的合成与应用。
冯燕|刘富新|李文研|蒲露梅|龙海涛|徐伟兵|韩正刚|刘秀辉
