《Journal of the Indian Chemical Society》：Electrochemical Biosensing of Adenine Using Synthesized Mesoporous Nickel Oxide Nanoparticles: A Biosensor Approach
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基于糖-脲燃烧法合成多孔镍氧化物纳米材料及其电化学检测腺嘌呤性能研究。摘要显示该材料具有高比表面积和电活性位点，在5-450 μM浓度范围内对腺嘌呤表现出强线性DPV响应，检测限低至0.049 μM，并验证了其在实际样品中的可靠性和环境友好性。
Zartasha Khan|Arumugam Poongan|Ali Zunara|Unaiza Batool|Xingmao Jiang
武汉工业大学化学工程与药学院，磷资源绿色高效开发国家重点实验室，中国武汉，430205
摘要
人们对纳米结构金属氧化物的兴趣日益增加，这主要是由于这些材料具有优异的催化和电化学性能，能够用于制造可靠、成本效益高且无需酶的生物传感器。在本研究中，采用糖-尿素辅助燃烧法合成了介孔氧化镍（NiO）纳米颗粒，并探讨了其在腺嘌呤检测中的潜在应用。通过FTIR、SEM、BET、XPS和XRD等手段对样品进行了全面表征，确认了形成的是高结晶度、相纯的NiO，其比表面积约为60.509 m2 g-1。由相互连接的纳米颗粒组成的多孔结构提供了丰富的电活性位点，从而提升了电化学性能。NiO改性的玻璃碳电极（NiO@GCE）在5–450 μM的腺嘌呤浓度范围内表现出强烈的线性差分脉冲伏安（DPV）响应，检测限低至0.049 μM。该传感器具有良好的选择性、灵敏度、重复性和长期稳定性。此外，在实际样品（包括人血清、家禽和鱼类DNA提取物）中的回收实验也证明了其实用性和可靠性。总体而言，结果表明介孔NiO是一种有前景的非酶电化学生物传感材料，其简单合成方法和出色的传感性能具有显著优势。
引言
电化学生物传感能够将生物事件转化为直观的电信号，已成为当前分析研究的关键技术。这种技术可实现快速、灵敏、经济且便捷的监测，适用于环境监测、临床诊断和食品安全等领域[1]、[2]、[3]。与光学或色谱方法相比，电化学方法具有微型化、实时读数、仪器简单以及易于集成到芯片平台中的优点[4]、[5]。通过用纳米结构材料修饰电极表面，可以改善电子传输，增加分析物吸附或生物受体固定的有效表面积，从而提高检测能力[4]、[5]。由于这些特性，人们非常关注开发新型电极材料和表面结构，这些材料需要在复杂的生物环境中具备韧性、高催化活性和良好的导电性[6]、[7]。
腺嘌呤的精确测量在代谢、氧化应激和DNA损伤研究中至关重要，因为它既是DNA和RNA中的四种经典核碱基之一，也是重要生物能量因子（ATP、NADH）的组成部分[8]。为了提高灵敏度、选择性和检测限，许多研究致力于电极改性，以增强腺嘌呤和其他生物分子的信号检测[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]。虽然腺嘌呤的电化学氧化可以产生生物信号，但由于腺嘌呤的氧化能力与其他核碱基（尤其是鸟嘌呤）以及尿酸或抗坏血酸等常见干扰物存在重叠，因此选择性检测具有挑战性。例如，石墨烯-离子液体复合材料能够增强核碱基的信号[16]，镀有AuPt纳米簇的还原氧化石墨烯可用于同时检测鸟嘌呤和腺嘌呤[17]，基于COF的电极和金属氧化物/石墨烯杂化物则可实现低μM至亚μM的检测限，并具有良好的抗干扰性能[18]、[19]。
纳米技术的快速发展推动了材料研究的进步。金属氧化物纳米颗粒因其稳定性、环境兼容性和广泛的应用领域而成为研究热点。这些纳米材料通常小于100纳米，由于高表面积与体积比、表面缺陷以及量子限制效应，它们的行为与常规材料大不相同。这些特性使它们特别适合用于能量存储、生物应用、催化和传感[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。在过渡金属氧化物中，氧化镍（NiO）因其化学稳定性、经济性以及在中性及碱性条件下的优异氧化还原和电催化性能而备受关注[26]、[27]。NiO是一种理想的电化学传感电极材料[26]、[27]。当与碳载体或金属掺杂剂结合时，NiO纳米结构（纳米颗粒、纳米片、介孔薄膜和Ni/NiO复合材料）通常表现出更好的电流响应和更低的过电位，适用于多种小分子的非酶分析，如葡萄糖、尿素、NADH和过氧化氢[28]、[29]。尽管已有大量关于NiO在小型分子传感方面的研究，但直接将其应用于腺嘌呤氧化的研究相对较少；迄今为止报道的高性能腺嘌呤传感器大多依赖于碳基材料、贵金属纳米簇或定制的聚合物/COF涂层，而非纯介孔NiO[32]。为了提高伏安传感性能，人们广泛研究了基于碳和石墨烯改性的电极。例如，Manjunatha等人的一项研究表明，表面修饰对于提高灵敏度和选择性是必要的[33]、[34]、[35]、[36]、[37]。在放热反应过程中，常用糖（蔗糖、葡萄糖）或尿素作为燃料和模板剂，促进气体释放和孔隙形成，从而生成多孔或介孔氧化物粉末[38]、[39]。溶液法或燃烧合成（SCS）是一种灵活、快速且可扩展的方法，可用于生产具有大表面积和规则形状的氧化物纳米材料，且所需的试剂较少且成本低[40]。由于糖分子在燃烧过程中会产生二氧化碳并持续释放气体，而尿素既作为燃料又作为氮源，因此糖-尿素燃烧法提供了一种环保的一步法制备介孔NiO的方法。这两种效应共同作用，形成了纳米级的孔隙结构和分散的金属氧化物核[41]、[42]。本研究的创新之处在于：(i) 采用特定的糖+尿素燃烧配方合成介孔NiO，以最大化表面积和孔隙连通性，便于小分子吸附和电荷转移；(ii) 将这种介孔NiO作为直接电化学检测腺嘌呤的主要界面，而这一领域目前研究较少；(iii) 证明了一种低成本、环保的NiO平台能够实现与文献中报道的许多复杂系统（基于石墨烯的复合材料、贵金属修饰电极、COFs和分子印迹传感器）相当甚至更好的分析性能（灵敏度、检测限、选择性和稳定性），同时避免了使用昂贵或有毒的试剂。该方法的简单合成过程、低材料消耗和避免有毒试剂的特点使其具有潜在的环境优势；然而，本研究未进行定量环境影响评估。
材料
本研究中使用的分析级化学品包括D(+)-葡萄糖无水物、尿素、六水合硝酸镍、腺嘌呤、氰化铁钾、亚铁氰化钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和氯化钾，均由上海Damas-beta生化科技有限公司（中国上海）生产。所有试剂均按原样使用，无需进一步纯化。
通过糖-尿素辅助燃烧法合成氧化镍纳米颗粒
采用了糖-尿素辅助燃烧技术
XRD分析
采用燃烧法制备了氧化镍纳米颗粒，尿素和糖作为燃料和还原剂。该方法可促进快速、放热的反应，有助于形成金属氧化物纳米结构。通过XRD（X射线衍射）分析了所合成NiO的材料性质，结果如图1(a)所示。在2θ范围20°至80°内，观察到四个清晰明确的峰
结论
通过简单且环保的糖-尿素辅助燃烧法，我们成功制备了介孔氧化镍纳米颗粒，并证明了它们在电化学检测腺嘌呤方面的优异性能。合成过程得到了相纯、结晶度高的NiO，具有大量的电活性位点和较大的比表面积，以及多孔的互连结构。材料的优异质量和稳定性得到了验证
作者贡献声明
Arumugam Poongan：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、资源管理、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。Ali Zunara：方法学设计。Zartasha Khan：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、软件使用、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。Unaiza Batool：方法学设计。Xingmao Jiang：项目监督、项目管理、资金获取
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。同时声明，未经出版商书面同意，本文不得以任何形式或语言在其他地方发表。
致谢
本工作得到了湖北省自然科学基金（2024AFB267）和材料导向化学工程国家重点实验室（SKL MCE-23B15）的支持。
