铜介导的四硫代钼酸盐框架用于人血清中超灵敏非酶肌酐传感

《Results in Chemistry》：Cu-mediated tetrathiomolybdate framework for ultrasensitive non-enzymatic creatinine sensing in human serum

　　

肌酐（CRT）是诊断、分期和监测肾功能障碍的关键生物标志物，尤其在慢性肾病（CKD）的早期诊断中。研究人员在此介绍了一种用于CRT检测的新型非酶电化学生物传感器的开发，该传感器具有高特异性和灵敏度。铜（Cu）在硫代钼酸盐框架（MoS₄^2?）中的协同掺入产生了一种结构稳定的材料Cu₂MoS₄（CMS），该材料具有增强的电催化活性和对CRT的高选择性。X射线光电子能谱（XPS）证实了Cu在MoS₄^2?框架中的插入，而透射电子显微镜（TEM）揭示了CMS的纳米片形态。通过一系列电分析技术，系统评估了CMS/nafion修饰玻碳电极（GCE）对CRT检测的电催化性能。所开发的CRT生物传感器表现出快速响应时间（<50 秒）、优异的重复性（相对标准偏差RSD为1.40%，n=6），以及对常见干扰物（如尿酸、谷胱甘肽、多巴胺、抗坏血酸、葡萄糖、L-半胱氨酸、硫脲、甘氨酸和尿素）的强选择性。记录了传感器在CRT浓度从10.0到1000.0 nM的扩展检测范围内的线性分析响应，并实现了低检测限（LOD）：4.16 nM（差分脉冲伏安法）和0.8 nM（计时安培法）。该传感器表现出稳健的储存稳定性，信号衰减可忽略不计，以及出色的重复性。最后，该传感器被用于人血清中CRT的检测，从而展示了其作为未来即时检测（POC）常规CRT监测的潜在候选工具。

**论文解读：基于Cu₂MoS₄/Nafion的非酶电化学生物传感器用于人血清中肌酐的超灵敏检测**

**1. 研究背景与意义**

肌酐（CRT）是肌肉代谢的内源性副产物，其血清水平是评估肾功能的关键指标。在健康个体中，血清CRT浓度范围为40-150 μM；严重肌营养不良时可能降至约10 μM，而在慢性肾病（CKD）患者中可升至442.1 μM，反映进行性肾功能损伤。准确检测CRT对于诊断肾功能障碍、肝病及神经肌肉疾病至关重要，尤其有助于CKD的早期筛查与监控。然而，传统的Jaffe比色法虽为标准方法，但受共存物质干扰且灵敏度较低；酶法虽特异性高，但稳定性差、成本高；其他方法如色谱法、免疫分析法等操作复杂、设备昂贵。因此，开发一种简单、灵敏、选择性好且适用于即时检测（POC）的非酶电化学传感器具有重要的临床价值。Cu基材料因能与CRT形成有机金属络合物而备受关注，但现有Cu基传感器常需多步修饰或多种活性材料，限制了其简便性与重复性。本研究旨在利用Cu插入硫代钼酸盐框架（MoS₄^2?）形成的Cu₂MoS₄（CMS）材料，结合Nafion膜开发一种新型非酶电化学传感器，实现人血清中CRT的纳摩尔级超灵敏检测，并克服传统方法的局限性。该论文发表于《Results in Chemistry》。

**2. 关键技术方法概述**

研究人员采用溶剂热法合成了CMS纳米片，并通过Nafion分散后滴涂于玻碳电极（GCE）表面制备传感器。主要表征与测试方法包括：高分辨扫描电子显微镜（HRSEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和紫外-可见光谱（UV-vis）用于材料结构与组成分析；循环伏安法（CV）、差分脉冲伏安法（DPV）、计时安培法（CA）和电化学阻抗谱（EIS）用于电化学性能评估。人血清样本采集自VIT金奈校区，遵循伦理委员会批准方案，样本经离心和稀释后用于加标回收实验。

**3. 研究结果**

**3.1 形貌与结构表征**
HRSEM和FESEM显示CMS呈碎片化纳米片堆叠的多孔结构，修饰电极表面粗糙且具有层状纳米结构，增加了电活性位点。HRTEM证实CMS具有皱褶、部分堆叠的片状特征，晶格间距约0.52 nm对应四方CMS的（002）晶面，选区电子衍射（SAED）显示（002）、（011）、（110）和（200）衍射环，确认高结晶性。EDS元素映射表明Cu、Mo、S均匀分布。

**3.2 XPS分析**
XPS全谱确认Cu、Mo、S、O、C元素存在。Cu 2p谱显示932.9 eV和953 eV峰对应Cu⁺；Cu LMM俄歇谱确认Cu⁺¹为主价态。Mo 3d谱显示Mo⁶⁺和Mo⁴⁺共存，S 2p谱中161.7 eV和163.1 eV对应S^2?。原子百分比为Cu 18.1%、Mo 7.6%、S 21.3%，硫富集表明缺陷丰富有助于吸附。

**3.3 XRD、Raman、FTIR和UV-vis分析**
XRD图谱匹配四方CMS（JCPDS No. 01-074-3742），晶粒尺寸约35.9 nm。Raman光谱在119、212.8、440和870 cm^?1处存在特征振动峰，271 cm^?1峰归因于缺陷激活模式。FTIR显示Mo?S、Cu?S和S?S键的振动峰。UV-vis中随CRT浓度增加，吸收强度变化表明CMS与CRT间形成配位络合物，而非简单物理吸附。

**3.4 电化学性能**
CV和EIS显示CMS/Nafion修饰电极的氧化峰电流（152 μA）显著高于裸GCE和MoS₂修饰电极，电荷转移电阻（R_ct）降至131.7 Ω，电化学活性面积（ECSA）为16.18 cm²。CV在CRT存在下于0.25 V出现可逆氧化峰（29.72 μA），DPV中峰电流达97.26 μA，证实CMS/Nafion对CRT氧化具有优异电催化活性。

**3.2.1 扫描速率与pH研究**
pH优化实验表明pH 7.0时响应最大（133.18 μA）。CV扫速研究显示峰电流与扫速平方根线性相关，表明扩散控制过程；Laviron方程计算得电子转移数约2，异相电子转移速率常数k⁰=4.82 s^?1。传感机制涉及Cu(I)/Cu(II)可逆氧化还原及Cu(I)–CRT络合物的形成与再生。

**3.2.2 CRT电化学检测**
DPV在10-1000 nM浓度范围内呈线性响应（R2=0.997），LOD为4.16 nM，LOQ为13.87 nM，灵敏度0.31 μA/nM。CA在1-1000 nM范围线性良好（R2=0.983），LOD为0.8 nM，LOQ为2.76 nM，灵敏度2.90 μA/nM。

**3.2.3 选择性研究**
CA干扰实验表明，在500 nM干扰物（葡萄糖、L-半胱氨酸、硫脲、甘氨酸、尿素、多巴胺）及100 nM尿酸、抗坏血酸存在下，仅CRT添加引起显著电流响应，证明传感器对CRT具有高选择性。与文献报道的非酶传感器相比，该传感器线性范围、LOD及实际样品检测性能具有竞争力。

**3.2.4 重复性、重现性与储存稳定性**
六次重复测量RSD为1.51%，六支独立电极RSD为1.40%，30天储存后保留95%初始信号。在模拟生物液中孵育36 h后，CV和DPV显示峰电流保留96%，抗生物污染能力强。

**3.2.5 人血清实际样品检测**
对两份稀释50倍的人血清样本进行加标回收实验，CRT加标浓度6.10-23.43 nM，回收率100.54%-108.52%，RSD分别为3.37%和0.87%，证明传感器在实际复杂基质中的准确性和可靠性。

**4. 结论讨论与翻译**

研究结论部分指出，研究人员成功开发了一种基于CMS/Nafion修饰GCE的高选择性、超灵敏非酶电化学肌酐传感器。该传感器通过Cu(I)/Cu(II)氧化还原循环实现对CRT的催化氧化，表现出优异的分析性能：DPV线性范围10-1000 nM，LOD 4.16 nM；CA线性范围1-1000 nM，LOD 0.8 nM。在常见干扰物（尿酸、多巴胺、葡萄糖、尿素等）存在下仍保持高选择性，并在人血清中成功定量CRT，验证了其实际应用潜力。该传感器具有制备简单、成本低廉、响应快速、稳定性好等优点，为资源有限环境下慢性肾病的早期检测与监测提供了可靠的电化学平台。