《Microchemical Journal》：Cu-Fe@C dual-mode sensing platform: ratiometric electrochemistry combined with pre-incubation-activated colorimetry for self-calibrated detection of ascorbic acid
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•构建电化学/比色双模式传感平台。•以亚甲蓝作为内参的比率电化学检测方法。•用于激活Cu-Fe@C过氧化物酶样活性的预孵育策略。引言抗坏血酸是人体内重要的水溶性抗氧化剂，参与多种关键生理过程，如胶原蛋白合成、神经递质调节以及免疫反应调控[1]。生物样本中抗坏血酸水平的异常与多种疾
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构建电化学/比色双模式传感平台。
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以亚甲蓝作为内参的比率电化学检测方法。
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用于激活Cu-Fe@C过氧化物酶样活性的预孵育策略。
引言
抗坏血酸是人体内重要的水溶性抗氧化剂，参与多种关键生理过程，如胶原蛋白合成、神经递质调节以及免疫反应调控[1]。生物样本中抗坏血酸水平的异常与多种疾病的发生和发展密切相关，包括坏血病、心血管疾病以及某些神经系统功能障碍[2]。因此，开发一种可靠、灵敏且稳定的检测平台，以实现精准的抗坏血酸检测，具有重要的科学意义和实际应用价值。
迄今为止，已有多种分析技术被用于抗坏血酸的测定，包括比色法[3]、荧光光谱法[4]、电化学方法[5]以及高效液相色谱法[6]。其中，电化学传感器因其高灵敏度、操作简单且成本低廉而备受关注[7]。例如，秦等人基于掺杂在CsPbBr?纳米晶体上的铂单原子开发了一种电化学传感器，该传感器展现出出色的电催化活性[8]。然而，电化学传感器易受环境干扰的影响，这可能影响检测结果的准确性和可靠性。与传统依赖单一信号峰绝对强度的单信号传感器不同，比率传感器利用两种信号（一种来自目标分析物，另一种来自内参）的比值，从而有效补偿由环境变化和电极修饰引起的信号波动，显著提升检测的准确性和重复性。为解决电化学传感中的这一局限，谭等人开发了一种基于亚甲蓝功能化的ZIF-8/金纳米粒子复合材料的比率电化学传感器，其中亚甲蓝作为稳定的内参，可实现对甲基对硫磷的精准检测，证明了比率策略在提升检测精度和抗干扰能力方面的有效性[9]。鉴于此策略的有效性，亚甲蓝因其可逆的电化学活性及特征吸收峰而被视为理想的电子介体和内参[10]、[11]。通过将亚甲蓝固定在电极表面，其稳定的氧化峰可作为内标，用于校准另一电位下分析物的检测信号。
比色传感也因其无需复杂设备即可实现可视化读数而备受重视，非常适合用于即时检测[12]。叶等人的研究就是一个典型例子，他们基于掺杂硫的Fe-N-C单原子纳米酶开发了一种比色传感器，可通过从蓝色到无色的明显颜色变化快速检测抗坏血酸，其检测限可达0.5?μmol?L?1[13]。不过，比色检测通常仅适用于酸性环境（pH 3–4），易受其他物质干扰，且线性范围较窄，这限制了其在精确定量分析中的应用。为克服这些缺陷，双模式传感平台作为一种强大的策略应运而生，它结合了互补的检测机制，能够相互验证结果，从而显著提升检测的可靠性[14]、[15]、[16]。在我们之前的研究中，我们基于Cu-MIL-88B(Fe)构建了一种用于多巴胺检测的电化学/比色双模式传感器，该传感器兼具高灵敏度的电化学分析和可视化的比色读数功能，证明了双模式策略通过内置交叉验证提升检测可靠性的有效性[17]。同样，李等人也总结了基于MOF的纳米酶在比色和电化学检测中的应用，强调了将这两种检测方式结合用于可靠生物分子分析的潜力[18]。尽管取得了这些进展，核心挑战依然在于如何制备能够在同一材料体系中有效平衡两种不同功能的双功能材料。
金属有机框架是一种由金属节点与有机配体通过配位键结合而成的晶体状有机-无机杂化材料，它具有可调控的多孔结构、高比表面积以及均匀分布的金属活性位点[19]。然而，原始状态的MOF导电性较低，催化稳定性不足，难以直接应用于传感领域[20]。在此背景下，多金属MOF作为单金属体系的替代品出现，它们具有更强的结构稳定性、更多的活性位点，以及不同金属物种相互作用产生的协同催化效应[21]、[22]、[23]、[24]。不过，原始的多金属MOF仍然存在导电性和催化稳定性不足的问题。高温碳化是一种有效的解决策略[25]。有机配体会热解为多孔碳基质，而金属节点则还原为均匀嵌入的金属纳米颗粒，这样既保持了MOF的多孔结构和高比表面积，又显著提升了材料的导电性和催化活性[26]。值得注意的是，许多研究已经证明了通过优化MOF碳化条件可以制备出高性能的电化学传感材料[27]。例如，贾等人通过在最佳温度下对Cu-MOF进行碳化，合成了Cu/CuOx@C复合材料，可用于高效检测亚硝酸盐[28]。李等人则通过优化NH?-MIL-88B的热解温度，获得了Fe@C-800复合材料，可用于超灵敏地检测黄芩素[29]。
在这些研究基础上，由过渡金属（铁、铜）-MOF衍生的碳材料在传感应用中展现出巨大潜力，因为其中嵌入的铁和铜纳米颗粒可充当双重活性中心[30]、[31]。源自金属有机框架的碳化材料因其优异的导电性和结构稳定性而被广泛用作高效的电催化剂。不过，它们在比色传感中的应用仍然相对有限。目前已有研究尝试增强类似芬顿反应的反应效率。例如，陈等人发现羟胺能够显著提升芬顿体系中有活性氧的生成[32]。同样，叶等人也指出酒石酸能够有效增强铜催化的类似芬顿反应的催化活性，从而提高对污染物的氧化降解效率[33]。值得注意的是，作为天然还原剂的抗坏血酸也被证明具有类似作用。例如，冯和张发现抗坏血酸能够显著提升CuFe?O?的类似芬顿活性，其降解速率比不添加抗坏血酸时高出31.7倍[34]。这些研究表明，用抗坏血酸进行预孵育可能是一种有效策略，可用于激活碳化材料的类似芬顿反应，进而实现比色检测。不过，这种技术在比色检测领域仍较少被研究。
在本研究中，我们首先通过高温碳化掺铜的Fe-MOF得到了Cu-Fe@C材料，然后通过将亚甲蓝负载到介孔碳球上制备了MCS@MB复合材料。基于这两种材料，我们开发了一种用于抗坏血酸检测的比率电化学与预孵育活化比色双模式传感平台。在MCS@MB/Cu-Fe@C/GCE体系中，Cu-Fe@C对抗坏血酸展现出出色的电催化活性，而MCS@MB复合材料则提供了稳定的内参，使得比率电化学检测成为可能。在比色检测模式下，抗坏血酸的预孵育会激活Cu-Fe@C，使其催化H?O?-TMB体系产生颜色反应。随后再加入抗坏血酸会导致吸光度下降，从而实现精准的定量检测。本研究的创新之处在于采用了以亚甲蓝为内参的比率电化学设计实现自我校准，以及利用目标分析物本身激活Cu-Fe@C的类似芬顿活性以实现比色读数的预孵育策略，同时还通过结合这两种独立检测通道实现了内置的交叉验证。在明确作用机制并优化相关条件的基础上，该平台已在真实样本中的抗坏血酸检测中得到了验证。
章节要点
试剂与材料
抗坏血酸（AA，纯度≥99.9%）、邻苯二甲酸（PTA，纯度≥99.5%）、CuCl?·2H?O（纯度≥99.9%）、FeCl?·6H?O（纯度≥99.5%）、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB，纯度≥98%）以及亚甲蓝（MB，纯度≥70%）均购自中国上海的Aladdin Ltd公司。介孔碳球（MCS，纯度99.5%）则购自中国南京的仙丰纳米有限公司。过氧化氢（H?O?，浓度30?wt%）、超氧化物歧化酶（SOD）、异丙醇（IPA，纯度≥99.7%）以及四甲基哌啶（TEMP，纯度≥98%）均为分析级产品，可直接使用。
材料的结构表征
通过扫描电子显微镜成像来观察材料的形态和粒径。如图S1A所示，Cu-Fe-MOF前驱体呈现典型的双锥形六棱柱结构。Cu-Fe-MOF前驱体的XRD图谱以及XPS谱图分别见图S1D、图S1B和图S1C（数据来源于我们之前的研究[17]），这些图表证实了该材料的晶体结构以及铁和铜的价态。经过高温碳化处理后，所得的Cu-Fe@C完全失去了原有的MOF晶体结构，
结论
在本研究中，我们构建了一种基于Cu-Fe@C的双模式传感平台，用于抗坏血酸的检测，该平台结合了比率电化学检测与预孵育活化比色检测两种方法。在电化学检测模式下，Cu-Fe@C电极上的亚甲蓝作为内参，可实现比率自校准，从而有效减少信号波动，相比传统的单信号检测方法具有更高的可靠性。在比色检测模式下，Cu-Fe@C同时发挥着
CRediT作者贡献说明
马广平：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，研究指导，实验研究，正式分析，概念构思。田丽：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，数据可视化，方法设计，实验研究，正式分析，数据整理，概念构思。韩鹏飞：研究指导，项目管理，实验研究，概念构思。王文卓：软件应用，实验研究。蒋汉月：数据可视化，资源协调。李瑞新：数据可视化，实验研究。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了长春师范大学自然科学基金的支持（项目编号：CSJJ2025003GZR）。
马广平|田丽|韩鹏飞|王文卓|蒋汉月|李瑞新|毛慧园|马腾英|卢娟|王静
