《Inorganic Chemistry Communications》：Engineering bi-functional sustainable Sb?S?/bio-carbon composites as ultrasensitive electrochemical sensors for rifampicin antibiotic monitoring
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摘要抗生素使用量的不断增长导致了对能够快速、敏感且可靠地检测生物和环境基质中痕量药物残留的分析平台的需求不断增加。因此，通过简便的水热策略成功构建了 Sb2S3/生物衍生碳（Sb2S3/BC）异质结构，并将其作为高性能电化学传感平台用于利福平的超灵敏测定。该异质结构通过 X
摘要
抗生素使用量的不断增长导致了对能够快速、敏感且可靠地检测生物和环境基质中痕量药物残留的分析平台的需求不断增加。因此，通过简便的水热策略成功构建了 Sb2S3/生物衍生碳（Sb2S3/BC）异质结构，并将其作为高性能电化学传感平台用于利福平的超灵敏测定。该异质结构通过 X 射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、能量色散 X 射线光谱（EDS）、X 射线光电子能谱（XPS）、循环伏安法（CV）和线性扫描伏安法（LSV）以及差分脉冲伏安法（DPV）对其结构和物理化学性质进行了充分表征。多孔生物质衍生碳充当 Sb2S3 纳米结构均匀分散的高导电支架，从而形成许多电活性界面并促进快速的电子转移动力学。在优化的实验条件下，传感器在 pH 7.0 时显示最大电化学响应，线性检测范围宽为 0.01–120 μM，超低检测限为 2.41 nM。具有导电碳骨架的结晶 Sb2S3 通过改善电荷传输、扩展电化学活性表面积以及促进利福平分子的有效吸附和氧化，协同贡献了优异的传感性能。制备的传感器对葡萄糖、多巴胺、抗坏血酸、尿酸和肌酐等常见电活性生物分子和无机离子表现出优异的选择性，几乎没有信号干扰。此外，修饰电极表现出良好的重复性、重现性和长期储存稳定性，储存数周后电流响应值保持在初始值的 95% 以上，反映了其稳健的操作稳定性。开发的传感平台成功应用于加标人血清和尿液样品中利福平的测定，回收率为 98.1–102.3%，相对标准偏差低，证实了其实际应用性。将 Sb2S3/BC 异质结构的分析性能与以前报道的电化学利福平传感器进行比较，显示出优异的分析性能。这项工作为开发下一代电化学传感器提供了一条简单、可持续且无贵金属的路线，并展示了废物衍生碳材料在敏感药物监测和临床分析中的潜力。
引言
利福平（RIF）是抵抗结核病、麻风病和许多细菌感染的关键一线防御药物。由于其广泛使用，大量的这种广谱抗生素通过医院排放、不完善的人类代谢和制药径流定期进入生态系统和水系 [1], [2], [3]。虽然医疗治疗需要它，但长期暴露于 RIF 与重大健康问题有关，包括肝脏损伤、肾功能不全、过敏反应和胃肠道刺激。该物质在环境中的不受限制积累促进了抗微生物耐药性的发展，对公共卫生构成重大危险 [4], [5]。液相色谱（LC）、高效液相色谱（HPLC）、毛细管电泳、化学发光分析、高效薄层色谱（HPTLC）以及带有紫外（UV）、二极管阵列（DAD）或串联质谱（MS）检测的色谱系统等不同的分析技术已被用于估计利福平 [6], [7], [8], [9], [10], [11]。这些方法非常敏感，提供优异的分析准确性，但通常需要精密仪器、广泛的样品制备、熟练的操作人员和相对较高的操作成本。这些限制阻碍了它们在快速、常规分析中的广泛使用，特别是在即时护理和现场应用中。然而，由于具有高灵敏度、快速响应、低成本、简单仪器和对样品预处理要求最少，电化学传感被认为是一种有吸引力的替代方案 [12], [13], [14]。然而，只有少数电化学传感器被报道用于利福平的测定，其中许多在复杂样品基质中仍面临低灵敏度、窄线性响应范围或选择性差的问题 [15], [16], [17]。因此，开发具有更高电催化活性和更好分析特性的新电极材料仍然是一个重要的研究方向。电化学传感器提供了一种非常实用的替代方案，因其成本、快速输出和不复杂的操作而受到赞赏 [18], [19]。然而，由于传统电极上电子传输缓慢且缺乏足够的催化位点，将检测限推向捕获超痕量 RIF 是具有挑战性的。硫化锑（Sb2S3）已被确定为克服这些电化学挑战的有前景的半导体竞争者，这归因于其有利的氧化还原性质、低带隙、化学稳定性和丰富的硫衍生活性位点 [20]。原始 Sb2S3 的局限性在于倾向于团聚和弱本征电导率。这些限制通过将这种金属硫化物与碳载体结合来克服。特别是，由可持续生物质产生的碳可能是绿色、低成本的支架，具有优异导电性、分级孔隙和丰富表面化学的独特特征。虽然 Sb?S? 和碳基材料已被单独用于电化学传感研究，但将 Sb?S? 纳米棒与废物衍生多孔碳集成用于检测利福平尚未被报道。在此，我们提出一种可持续的 Sb2S3/BC 异质结构，表现出 Sb2S3 和富含缺陷的废物碳的协同效应，以加速电子转移动力学，提高电催化活性并实现废物增值。将 Sb2S3 和这种废物碳集成形成异质结构提供了大的活性表面，不仅加速电子转移，而且强力吸引目标分子进行电化学氧化 [21], [22], [23]。这些方面共同确立了所提出的 Sb?S?/BC 传感平台的新颖性和实际意义。作为传感器的复合材料显示出 2.41 nM 的检测限，长期稳定性好，重复性好，并能有效将 RIF 与常见干扰化学物质分离。这种废物变财富策略结合了实时药物检测与快速环境修复，为下一代可持续修复和传感技术奠定了基础。
章节片段
生物衍生碳、Sb2S3 和 Sb2S3/生物衍生碳异质结构的合成
生物衍生碳（BC）由生物质前驱体制备而成，该前驱体是天然植物衍生废弃物的混合物，包括从当地周围收集的干叶、水果残渣和其他可生物降解的植物废弃物。所选生物质丰富、可再生且富含碳，因此是制备多孔生物衍生碳的可持续且环保的前驱体。通过从...收集所有生物质批次确保了可重复性。
电化学研究
使用常规三电极电化学池彻底研究了 Sb2S3/BC 修饰玻璃碳电极（GCE）检测利福平的电化学性能。为了在修饰前获得干净的电极表面，GCE 依次用氧化铝浆料抛光，用去离子水彻底冲洗，并在乙醇和水中超声处理。工作电极是通过滴涂适量 Sb2S3/BC 悬浮液到...上制备的。
XRD 分析
通过粉末 X 射线衍射（PXRD）研究了 BC、Sb2S3 和 Sb2S3/BC 复合物的晶体结构，获得的图谱如图 1a 所示。纯 Sb2S3 的衍射图谱在 2θ 值为 17.5°、24.9°、29.2°、32.3°、33.4°、35.5°、46.6° 和 54.2° 处显示出明显的峰，分别对应于（201）、（301）、（211）、（212）、（013）、（402）、（413）和（610）平面。这些观察结果与 Sb2S3（JCPDS）的正交辉锑矿结构一致。
循环伏安法分析
首先通过循环伏安法（CV）检查了所制备材料对利福平氧化的电催化行为。裸生物衍生碳（BC）电极，如图 6(a) 所示，显示出弱的氧化响应，表明利福平氧化的电子转移动力学缓慢。原始 Sb?S? 修饰电极显示出阳极峰电流的相当增强，这是由于存在电活性 Sb?S? 位点。Sb?S?/BC 异质结构表现出...
结论
已成功开发了一种简便的水热策略，通过将有结晶 Sb2S3 与多孔生物质衍生碳集成来制备可持续异质结构 Sb2S3/BC。通过广泛的结构和形态表征，证实了将 Sb2S3 相与导电和多孔碳框架耦合的集成异质结构的成功合成。所得异质界面具有丰富的可及电活性位点和有利的...
CRediT 作者贡献声明
穆雷法·马纳·阿尔 - 阿纳齐：写作 – 初稿，监督，方法论。奥斯曼·哈卡米：项目管理，形式分析。努拉·达瓦斯·阿尔哈勒迪：监督，项目管理。阿卜杜勒卡里姆·阿尔梅沙尔：写作 – 审查与编辑，验证，软件。阿卜杜拉·阿尔莫哈迈迪：概念化。阿法夫·哈德尔·阿尔卡拉希：项目管理。艾哈迈德·M·福达：资源，方法论。阿里·埃尔 - 拉耶斯：写作 – 审查与编辑。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。
致谢
这项研究由 努拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼公主大学研究者支持项目 资助，项目编号（PNURSP2026R7），沙特阿拉伯利雅得努拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼公主大学。作者感谢沙特阿拉伯 金哈立德大学 研究生院的学位研究院长通过大型项目组资助这项工作，授予编号 RGP.2/283/47。
穆雷法·马纳·阿尔 - 阿纳齐 是沙特阿拉伯利雅得努拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼公主大学理学院化学系的副教授。她获得了物理化学博士学位，专攻计算材料科学和纳米技术。她的主要研究兴趣集中在固态储氢材料、用于光伏应用的无铅卤化物钙钛矿、热电能量转换以及用于...的高级聚合物纳米复合材料。
穆雷法·马纳·阿尔 - 阿纳齐 | 奥斯曼·哈卡米 | 努拉·达瓦斯·阿尔哈勒迪 | 阿卜杜勒卡里姆·阿尔梅沙尔 | 阿卜杜拉·阿尔莫哈迈迪 | 阿法夫·哈德尔·阿尔卡拉希 | 艾哈迈德·M·福达 | 阿里·埃尔 - 拉耶斯
沙特阿拉伯利雅得 11671，努拉·宾特·阿卜杜勒拉赫曼公主大学理学院化学系，邮政信箱 84428
