基于氧化锆修饰还原氧化石墨烯纳米复合材料的超灵敏多巴胺电化学传感器研究

《Biosensors and Bioelectronics: X》：Ultrasensitive and Selective Dopamine Detection Using Zirconia-decorated Reduced Graphene Oxide Nanocomposite via Differential Pulse Voltammetry

本研究针对神经退行性疾病中多巴胺快速检测的临床需求，开发了一种ZrO2-rGO纳米复合材料修饰电极，通过DPV技术实现了10 nM-1 mM宽线性范围的超灵敏检测，在血清样本中检测限达2.36 nM，为神经疾病诊断提供了新型检测平台。

　　

在当今社会，神经退行性疾病已成为威胁全球公共健康的重大挑战，其中帕金森病和阿尔茨海默病作为最常见类型，正影响着数百万人的生活质量。这些疾病的核心特征之一是神经递质多巴胺的调控失衡——多巴胺作为调节运动控制、情绪和认知功能的关键信使，其微小波动都可能导致严重的神经系统功能障碍。然而，传统检测方法如高效液相色谱法和质谱法虽然精确，却存在操作复杂、耗时昂贵等局限，难以满足临床实时监测的需求。

正是在这样的背景下，来自印度全印医学科学研究所的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics: X》上发表了一项创新研究成果。他们成功开发了一种基于氧化锆修饰还原氧化石墨烯（ZrO₂-rGO）纳米复合材料的新型电化学传感器，为实现多巴胺的超灵敏、快速检测提供了全新解决方案。

研究团队采用水热合成法制备了ZrO₂-rGO纳米复合材料，通过紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱和场发射扫描电子显微镜对材料进行表征，并利用差分脉冲伏安法（DPV）评估其电化学性能。在人体血清样本中验证了传感器的实际应用能力。

结构表征与形貌分析

通过紫外-可见光谱分析发现，ZrO₂-rGO纳米复合材料在224纳米处出现最大吸收峰，表明rGO的π共轭网络得到部分恢复。X射线衍射图谱显示ZrO₂纳米颗粒以四方晶相形式存在，FTIR光谱进一步证实了ZrO₂与rGO之间的成功复合。FESEM图像显示氧化锆纳米材料以哑铃状或准球形结构均匀分布在石墨烯基质中，这种形貌有利于增加有效表面积并促进电荷传输。

电化学性能研究

循环伏安法研究表明，ZrO₂-rGO修饰电极表现出准可逆的氧化还原行为，峰电流与扫描速率的平方根呈线性关系，表明电化学过程受扩散控制。差分脉冲伏安法测量显示，修饰电极的峰电流达到17.66微安，显著高于未修饰电极，证明纳米复合材料具有优异的电催化活性。

多巴胺定量检测性能

在PBS缓冲液中，传感器在10纳摩尔至1毫摩尔的浓度范围内表现出两个线性响应区间：100纳摩尔至100微摩尔（检测限0.63纳摩尔）和200微摩尔至1毫摩尔（检测限4.82纳摩尔）。在血清样本中同样观察到类似的线性范围，检测限分别为2.09纳摩尔和2.36纳摩尔，证明传感器在复杂生物基质中仍保持高性能。

pH影响与选择性研究

在pH 5.0-9.0范围内考察pH值对检测性能的影响，发现在生理pH 7.4条件下获得最佳响应电流（10.34微安）。选择性实验表明，传感器对多巴胺具有高度特异性，即使在高浓度干扰物（如抗坏血酸、肾上腺素等）存在下仍能准确识别目标物。稳定性测试显示传感器在12天内保持良好性能。

该研究成功开发了一种基于ZrO₂-rGO纳米复合材料的高性能电化学传感器，实现了对多巴胺的超灵敏、高选择性检测。传感器在生理pH条件和复杂生物样本中均表现出优异性能，检测限低至纳摩尔级别，线性范围覆盖三个数量级。这种传感器不仅为神经退行性疾病的早期诊断提供了有力工具，也为其他生物分子的检测平台设计提供了新思路。其简单的制备方法、良好的稳定性和重现性，使其在临床诊断、神经化学监测和便携式诊疗设备开发方面具有广阔应用前景。