引言
向可持续分析化学的转型已成为现代科学研究的主要优先事项，因为对环境的影响最小化且不妥协分析性能的分析方法的需求不断增加 [1]。传统的分析程序通常依赖于有害的有机溶剂、高能耗仪器、复杂的样品制备和大量的化学废物，这与可持续发展的原则相冲突。因此，人们投入了大量精力开发环境责任分析方法论，以减少试剂消耗、简化分析流程、最小化废物产生并促进更安全、更节能的实验室实践。绿色分析化学进一步鼓励整合微型化分析系统、便携式仪器、可重复使用的功能材料以及能够快速提供可靠分析性能并减少环境足迹的检测策略 [2]。在此背景下，基于纳米材料的便携式传感平台已成为有前景的分析工具，因为它们结合了操作简便、低成本、能耗减少以及用于生物医学和环境应用的去中心化分析。
癫痫是最常见的慢性神经系统疾病之一，全球影响超过 5000 万人，需要长期药物治疗以有效控制癫痫发作 [3]。在可用的抗癫痫药物中，苯妥英仍然是最广泛处方的药物之一，因为它在治疗全身强直 - 阵挛性癫痫发作、局灶性癫痫发作和癫痫持续状态方面的疗效已得到证实。然而，苯妥英表现出非线性药代动力学，其代谢能力有限，导致治疗窗口狭窄，相对较小的剂量调整可能会产生不成比例的血浆浓度变化 [4]。因此，药物暴露不足可能导致癫痫发作失控，而过高的浓度可能导致严重的神经和心血管毒性。此外，由遗传因素、肝功能、蛋白结合、药物相互作用和患者依从性引起的个体间变异性进一步增加了剂量优化的复杂性。
治疗药物监测（TDM）已成为精准医学不可或缺的一部分，允许临床医生根据测量的药物浓度而不是经验性剂量调整来个性化给药方案 [5], [6]。对快速、准确且易于获取的苯妥英浓度测定的需求增加，刺激了适用于常规临床实践和即时检测应用的分析方法的开发。尽管色谱和光谱技术提供了出色的灵敏度和可靠性，但它们通常需要复杂的仪器、熟练的操作人员和广泛的样品制备，限制了它们在去中心化分析和快速临床决策中的适用性 [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]。这些局限性鼓励了开发简单、便携式且环境可持续的传感平台用于治疗药物监测。
比色传感作为一种有吸引力的分析策略脱颖而出，因为其操作简便、响应快速、仪器要求低且可直接视觉检测 [20], [21], [22], [23], [24]。与传统的实验室技术不同，比色分析很容易适应便携式分析设备，使其特别适合即时检测应用 [25], [26], [27]。然而，许多报道的比色系统依赖于天然酶，如辣根过氧化物酶，其实际使用通常受到稳定性差、纯化程序复杂、生产成本高和对环境条件敏感的局限。这些局限性刺激了对人工酶模拟物，通常称为纳米酶的兴趣日益增加，它们提供相当的催化活性，同时具有优越的稳定性、更低的成本和更容易的制备 [28], [29]。
在各种已报道的纳米酶中，氧化铁（Fe3O4）磁性纳米颗粒因其固有的过氧化物酶样催化活性、优异的化学稳定性、生物相容性、磁分离性和简单的合成而引起了广泛关注 [30], [31], [32]。这些特性使得能够高效催化过氧化氢介导的 3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）氧化，产生适合定量分析的可测量比色信号。此外，磁分离简化了纳米颗粒的回收和再利用，从而减少了样品制备时间并支持环境可持续的分析流程。然而，传统纳米酶通常缺乏分子选择性，特别是在应用于复杂的生物样品时。
为了克服这一局限性，分子印迹技术已被广泛采用，以引入在形状、大小和官能团方面与目标分子互补的高度选择性识别位点 [33]。模板去除后，所得的分子印迹聚合物（MIP）包含能够选择性重新结合分析物的特定结合腔。将分子印迹与磁性纳米酶相结合，结合了 Fe3O4 纳米颗粒的催化效率和分子识别的高选择性，提供了适用于复杂药物和生物基质的稳健传感平台 [34]。
便携式电子技术的最新进展进一步加速了点-of-care 分析系统的开发。其中，基于 Arduino 的微控制器提供了廉价、可编程且灵活的平台，用于将光学传感器和自动化信号处理集成到紧凑型分析设备中 [35], [36]。Arduino 辅助比色系统能够快速获取和处理光学信号，同时消除对笨重的实验室分光光度计的依赖。它们的便携性、低能耗和低成本制造使其在去中心化治疗药物监测和其他可持续分析应用中特别具有吸引力。
除了其临床重要性外，苯妥英最近被认为是新兴的药物污染物，因为从医院、制药行业和国内污水中释放的残留物已在表层水、地下水和污水处理厂排放物中被检测到 [37]。尽管这些污染物通常以痕量浓度存在，但其持续释放引发了关于持久性、生物富集和潜在生态影响的担忧。因此，能够支持治疗药物监测和环境监测的分析方法越来越令人向往，特别是当它们将便携性与环境负责任的操作相结合时 [38], [39]。
尽管已有大量关于苯妥英测定的分析方法报道，但将分子印迹磁性纳米酶与便携式电子检测相结合在很大程度上仍未被探索。据我们所知，以前的研究没有将分子印迹、Fe3O4 磁性纳米酶催化和 Arduino 辅助比色检测结合到单一的分析平台中，用于苯妥英的治疗药物监测和环境监测。
在本研究中，我们开发了一种可持续的 Fe3O4/CD-MIP 纳米酶，将选择性分子识别、固有過氧化物酶樣催化活性和 Arduino 辅助便携式比色检测整合到一个统一的苯妥英测定分析平台中。所提出的方法论旨在减少试剂消耗、简化分析程序、最小化对复杂实验室仪器的依赖，并实现去中心化分析，同时保持优异的分析性能。对该传感平台进行了全面表征、系统优化，并成功应用于药物制剂、人血浆和环境水样品。此外，通过使用国际公认的绿色分析评估工具评估了其环境可持续性，证明了其作为治疗药物监测和环境药物监测的环境负责任平台的潜力。
