《Surfaces and Interfaces》：A Sulfonic Acid-Doped Fe
2O
3 Nanorods decorated-Polypyrrole Nanohybrid for Selective Electrochemical Detection of Dopamine: Toward Neurodiagnostic Applications
编辑推荐：
•通过一锅法水热合成制备了BSA-Fe2O3-PPy催化剂。•使用所制备的催化剂实现了多巴胺的电化学氧化。•BSA-Fe2O3-PPy修饰电极的检出限（LOD）计算为0.16 μM。•BSA-Fe2O3-PPy /GCE对多巴胺表现出高的选择性和敏感性。•利用改性的BSA-Fe2
- •
通过一锅法水热合成制备了BSA-Fe2O3-PPy催化剂。
- •
使用所制备的催化剂实现了多巴胺的电化学氧化。
- •
BSA-Fe2O3-PPy修饰电极的检出限（LOD）计算为0.16 μM。
- •
BSA-Fe2O3-PPy /GCE对多巴胺表现出高的选择性和敏感性。
- •
利用改性的BSA-Fe2O3-PPy /GCE检测了人类血清样本中的多巴胺。
引言
多巴胺（DA）是一种生物活性化合物，属于儿茶酚胺和苯乙胺家族。它维持循环系统、激素系统和肾脏系统的功能，同时促进激素平衡和情绪调节。在人脑中，它作为神经递质，影响肾脏、内分泌、心血管、脑血管和中枢神经系统。此外，DA还调节运动、行为、学习、记忆、注意力、生理认知和情绪等生理状态[1,2]。人类血清中的DA生理浓度通常在10^-9到10^-6 mol L^-1之间，具体取决于生理和病理条件[3]。因此，成瘾、抑郁症以及阿尔茨海默病、帕金森病、双相情感障碍和精神分裂症等神经退行性疾病是由大脑中DA水平失衡引起的[4,5]。自20世纪50年代DA被发现以来，化学家和神经科学家一直密切关注其研究，这对生物医学和生物分析至关重要。特别是，生物样本中DA浓度的变化是潜在疾病的重要指标。因此，某些疾病的临床诊断在很大程度上依赖于DA的精确测量。
近年来，检测技术在抗癌药物的开发、临床诊断和疾病治疗中发挥了重要作用。现在有多种方法可用于检测DA，包括毛细管电泳、高效液相色谱、化学发光、比色法、荧光法、表面增强拉曼光谱、分光光度法和电化学方法[6,7]。与其他技术相比，电化学传感方法因其快速检测、高灵敏度和在检测污染物和生物分子方面的广泛应用而受到广泛关注[6,7]。例如循环伏安法（CV）、方波伏安法（SWV）和计时电流法（CA）已成为检测DA最常用的方法之一[8]。DA适合通过电化学方法进行检测，因为它在相对较低的电位下会迅速氧化，产生可测量的电流[9]。
许多研究人员迄今报告了多种用于DA传感的电极材料。PPy因其优异的导电性、环境稳定性和易于合成而备受认可[10]。这些特性使其成为增强电子转移活性的理想选择，而电子转移对于DA的电化学检测至关重要。然而，Fe2O3颗粒具有特殊的性质，如机械稳定性、高催化活性和较大的表面积[11]。这些特性提高了DA传感器的整体灵敏度和功能性。聚合物-金属/金属氧化物（MO）纳米复合材料属于有机-无机杂化材料，通过聚合物的功能基团与金属/MO之间的共价相互作用形成。例如PVA/ZnO复合材料[12]、P(p)-PDA)-MWCNTs/AgNPs[2]、AuNPs/PEDOT/CNTs[13]等纳米复合材料，具有优异的电催化性能、高灵敏度和对DA的高选择性。通过开发抗污染表面（如聚合物薄膜、碳基材料和MOs），已经解决了DA氧化导致的电极污染和抗坏血酸（AA）等分子干扰等问题[1,10,14]。
在本研究中，我们展示了一种一锅法水热合成BSA-Fe2O3-PPy纳米复合材料的方法，用于选择性地电化学检测DA。所使用的水热合成方法以吡咯为单体，FeCl3为氧化剂，与传统的高腐蚀性化学方法相比，这种方法节能且环保。吡咯与Fe2O3的比例显著提高了聚合动力学和Fe2O3的成核速率。通过优化比例，制备了对均匀性高、颗粒分散性好、电子转移机制强的PPy-Fe2O3纳米复合材料。这种合成方法能够精确控制Fe2O3纳米棒和聚合物链的形成，且无需使用有害的还原剂。PPy和Fe2O3纳米棒的均匀性、强界面结合以及纯度都得到了水热技术的保障，这也增强了合成材料的电催化性能和稳定性。
PPy是通过控制添加氧化剂FeCl3·6H2O来合成的，使Fe3+转化为Fe2+。加入沉淀剂NaOH后，通过水热处理生成Fe2O3纳米颗粒。为了在不改变Fe2O3纳米颗粒形态的情况下平衡聚合物链的电荷，使用BSA作为有机酸阴离子掺杂剂。BSA的pKa值约为-3.0，与质子酸H2SO4相似。BSA的加入不仅平衡了聚合物的电荷，还有效提高了PPy的导电性，使其恢复到导电状态，同时保持了Fe2O3纳米颗粒的结构稳定性。磺酸基团提供的额外载流子增强了复合材料的电化学性能和总电子传输能力。BSA生成的功能基团可以有选择地与目标分子（包括DA）相互作用[15,16,17]。傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析证实，光滑的球形PPy和Fe2O3纳米棒之间具有更强的相互作用。通过将Fe2O3纳米棒的高催化活性与高导电性的PPy结合，所提出的BSA-Fe2O3-PPy纳米复合DA传感器的性能优于以往的研究，显著提高了电子转移动力学和电活性表面积。BSA掺杂提高了灵敏度、检出限（LOD）和选择性，同时也增强了电子迁移率，并加强了与DA的静电相互作用。本研究中，在磷酸盐缓冲液（PBS）中使用了CV、SWV和CA等分析方法对三种BSA-Fe2O3-PPy纳米复合材料比例进行了电化学传感研究。其中，BSA-Fe2O3-PPy（1:2）催化剂在三种催化剂中表现出最佳的电催化DA传感性能。此外，还分析了这种混合电催化剂在直接检测人类血清样本方面的适用性。
章节片段
材料
吡咯（>98%，Merck）、氢氧化钠颗粒（NaOH）（99%，Merck）、六水合三氯化铁（FeCl3·6H2O）（99%，Merck）、苯磺酸（BSA）（99%，Merck）、乙醇（99%，Merck）、磷酸二氢钾（H2KPO4）（99%，Alfa Aesar）、磷酸氢钾（K2HPO4）（99%，Alfa Aesar）、盐酸多巴胺（DA）（Sigma-Aldrich）。
PPy的合成
采用水热法制备PPy。将1 mL吡咯（0.014 mol）加入到1.007 g FeCl3·6H2O（3.725 mmol）中，溶解在25 mL中
光谱和显微镜分析
图1(a)显示了PPy、Fe2O3、Fe2O3-PPy（1:1）、Fe2O3-PPy（1:2）和Fe2O3-PPy（1:3）的FTIR光谱；图1(b)显示了BSA-Fe2O3-PPy（1:1）、BSA-Fe2O3-PPy（1:2）和BSA-Fe2O3-PPy（1:3）纳米复合材料的FTIR光谱。所有光谱的测量范围均为4000-4000 cm^-1。PPy的FTIR光谱在3300-3000 cm^-1范围内显示出弱-NH峰，证实了PPy的完全氧化。最显著的峰是C=C不对称伸缩振动
结论
在本研究中，我们报道了一种新型BSA-Fe2O3-PPy纳米复合材料的合成方法，该方法采用一锅法水热合成，用于选择性电化学检测DA。新合成的BSA-Fe2O3-PPy基混合纳米复合材料被用于制备非酶促电化学DA传感器。在多种纳米复合材料中，BSA-Fe2O3-PPy（1:2）在DA检测方面表现出优异的性能。嵌入PPy基质表面的Fe2O3纳米棒提高了电活性
CRediT作者贡献声明
Manjeshwara Nikshitha：撰写原始草案、验证、方法学研究、数据分析、软件开发、数据管理。Anjali Jaison：验证、数据分析、实验研究。Harish Makri Nimbegondi Kotresh：资源提供、写作审核与编辑、项目管理。Fasiulla Khan：写作审核与编辑、项目管理、可视化。Mangalpady Shivaprasad Shetty：写作审核与编辑、项目管理、监督、概念构思、资金获取。Mruthyunjayachari
CRediT作者贡献声明
Manjeshwara Nikshitha：撰写原始草案、方法学研究、数据分析。Anjali Jaison：数据分析。Harish Makri Nimbegondi Kotresh：写作审核与编辑、监督、方法学研究。Fasiulla Khan：写作审核与编辑、监督、资源提供。Mangalpady Shivaprasad Shetty：写作审核与编辑、监督、资源提供、概念构思。Mruthyunjayachari Chattanahalli Devendrachari
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢Nitte大学提供的NDU奖学金，以及Nitte NMAM技术学院的化学系提供的实验室设施。
Manjeshwara Nikshitha|Anjali Jaison|Harish Makri Nimbegondi Kotresh|Fasiulla Khan|Mangalpady Shivaprasad Shetty|Mruthyunjayachari Chattanahalli Devendrachari|Sarvajith Malali Sudhakara
