《Microchemical Journal》：Hierarchically structured fiber microelectrode for dopamine detection towards food quality control and neurotransmitter monitoring
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•成功构建了以3D氮掺杂碳纳米网阵列和AuPt纳米粒子修饰的石墨烯纤维。•该分级结构微电极在多巴胺检测中表现出优异的性能。•可用于确定畜牧业中作为β-肾上腺素受体激动剂饲料添加剂的外源性盐酸多巴胺。•该微电极可对活细胞分泌的多巴胺进行原位检测。引言多巴胺（DA）盐酸盐是一种β
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成功构建了以3D氮掺杂碳纳米网阵列和AuPt纳米粒子修饰的石墨烯纤维。
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该分级结构微电极在多巴胺检测中表现出优异的性能。
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可用于确定畜牧业中作为β-肾上腺素受体激动剂饲料添加剂的外源性盐酸多巴胺。
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该微电极可对活细胞分泌的多巴胺进行原位检测。
引言
多巴胺（DA）盐酸盐是一种β-肾上腺素受体激动剂，常作为饲料添加剂用于提高畜禽的瘦肉率和饲料转化效率[1]。然而，其在动物组织中的残留可通过食物链进入人体，对消费者构成潜在健康风险，如心悸、头痛和肌肉颤抖等[2]、[3]。因此，检测动物源性食品（如猪肉、牛肉和肝脏）中的DA残留对于确保食品安全和保障公众健康至关重要。同时，DA是人类中枢神经系统中关键的儿茶酚胺能神经递质，通过调节细胞信号转导参与运动平衡、奖励动机和情感认知等核心生理功能[4]。其在体液中的浓度异常与神经系统疾病直接相关，包括帕金森病[5]和精神分裂症[6]。因此，开发快速、准确和灵敏的DA分析策略对于食品质量监控和生物医学研究具有重要意义[7]。
近年来，电化学检测凭借其高检测准确性、快速响应和微型化潜力，已成为检测小分子的首选技术[8]。电化学传感器的检测性能取决于电极材料。石墨烯纤维（GF）电极具有优异的电导率、良好的机械柔韧性和生物相容性，是构建柔性DA电化学传感器的理想基底[9]。传统的二维石墨烯或无序多孔碳材料负载于电极表面时，由于π-π堆积或无序孔隙，常常存在比表面积利用率不足和传质通道阻塞的问题[10]。相比之下，三维多孔氮掺杂碳纳米网阵列（NCNA）的垂直互连分级多孔结构从根本上抑制了片层堆积，大大提高了比表面积利用率，并形成连续的三维传质通道[11]。此外，NCNA中的氮掺杂不仅通过吡啶氮和吡咯氮位点优化电子传递效率，还因电负性差异产生大量缺陷位点，增强电催化活性[12]。其石墨化框架提供了优异的化学稳定性，满足生物传感器长期稳定运行的要求[13]。
双金属纳米粒子在增强生物传感系统对DA检测的灵敏度和选择性方面具有显著优势，优于传统单金属或金属氧化物负载纳米粒子。常规单金属纳米粒子（如Au和Pt）在DA催化上存在局限性。Au纳米粒子表现出温和的催化活性但过电位较高，易受体内AA和UA等物质的干扰[14]；Pt纳米粒子具有较高的催化活性，但容易被体内的Cl?钝化[15]；而金属氧化物则存在生物毒性风险[16]。选择合适的多金属纳米粒子可增强纤维的协同催化效果、稳定性和抗干扰能力[17]。将AuPt双金属纳米粒子封装于NCNA孔隙内，可大幅增加金属活性位点数并增强金属与载体之间的相互作用，是提升催化剂活性和稳定性的最有效方法之一。对于AuPt双金属合金而言，合金化效应通过形成固溶体结构调节表面电子态，降低单个金属组分的表面反应性，从而进一步提升其稳定性[18]、[19]。在生物检测系统中，AuPt合金可有效固定生物分子并保持其生物活性。此外，其低蛋白吸附特性有助于减少非特异性结合，确保检测信号的特异性和稳定性[20]。
在本研究中，采用GF作为导电柔性基底，并在其上原位生长Ni(OH)2纳米片阵列作为刚性无机硬模板。随后DA在Ni(OH)2上自聚合成聚多巴胺（PDA）层，经高温退火将PDA转化为NCNA。通过酸处理溶解Ni(OH)2模板后，在GF上构建了具有开放三维多孔骨架的垂直取向NCNA纳米片阵列。最后，通过电沉积技术在表面负载金铂（AuPt）合金，生成GF/NCNA/AuPt微电极。该分级多孔结构和氮掺杂修饰显著增大了电极的比表面积，优化了电子传递性能，并增强了DA吸附和识别能力。利用AuPt NPs优异的电催化活性和生物相容性，进一步提高了电极对DA氧化还原反应的催化效率，从而构建了高性能DA电化学传感器（图1）。
章节摘要
化学品
氯金酸三水合物和氯铂酸购自国药集团化学试剂有限公司。盐酸多巴胺、葡萄糖、L-半胱氨酸和蛋白购自上海源叶生物科技有限公司。L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA）和利血平购自阿拉丁试剂有限公司。其余所有化学品均购自阿拉丁试剂有限公司。
GF/NCNA@AuPt的制备
GF/Ni(OH)2的制备：石墨烯纤维（GF）按照湿法纺丝方法制备，详见我们的
形貌与结构表征分析
首先利用SEM对样品的形貌进行表征，如图2所示。通过湿法纺丝制备的GF平均直径为120 μm，表面粗糙且均匀（图2A–C）。为促进Ni(OH)2纳米片的生长，进行了活化处理，用高亲水性的含氧官能团修饰GF表面，从而为后续纳米片形成提供更多的活性位点。图2D–F展示了不同放大倍率下的GF/Ni(OH)2。Ni(OH)2
结论
综上所述，本研究成功展示了一种集成了3D垂直互连NCNA和AuPt双金属纳米粒子的高性能、柔性石墨烯纤维基电化学传感平台，用于DA的灵敏监测。该纤维微电极在多巴胺检测中表现出高选择性和灵敏度，线性范围为1 μM至200 μM，检测限为0.708 μM，灵敏度为1.06 μA μM?1 cm?2。因此，GF/NCNA@AuPt微电极适用于
CRediT作者贡献声明
Yankun Guo（郭雁坤）：撰写—初稿，调查，数据整理，概念构思。Yulong Wu（吴玉龙）：撰写—初稿，调查，数据整理。Hua Zhou（周华）：调查，经费获取。Xin Wei（魏鑫）：可视化，调查，形式化分析。Yani Guo（郭亚妮）：撰写—审阅与编辑，监督。Junlong Yao（姚俊龙）：撰写—审阅与编辑，监督。Yimin Sun（孙一民）：撰写—审阅与编辑，监督，项目管理，方法学，经费获取。Anshun Zhao（赵安顺）：监督，
利益冲突声明
作者声明，不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金委员会（编号：82202644、51504168）、河南省科技研究项目（编号：252102311027）、武汉工业大学第十七届研究生教育创新基金（CX2025094）以及大冶湖未来产业（氢能）联合实验室基金（项目编号：2025DLFIJL）资助。
Yankun Guo|Yulong Wu|Hua Zhou|Xin Wei|Yani Guo|Junlong Yao|Yimin Sun|Anshun Zhao
