多功能天然草本提取物 旋花叶下珠（Lamiophlomis rotata (Benth.) Kudo）复合凝胶，用于促进感染伤口愈合

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Multifunctional natural Herbal Extracts Lamiophlomis rotata (Benth.) Kudo composite gel for infected wounds healing

单原子钴催化剂Co SAs@ZIF-NC通过模板受限合成实现稳定分散，构建了高灵敏电化学传感器（检测限0.21 μM，线性范围1-2000 μM），成功应用于食品中漂白剂残留检测和肺癌细胞A549的氧化应激监测。

　　

马志超|王一然|秦彦欣|尹启坤|魏明|卢文波

南京医科大学康达学院，中国江苏省连云港市222000

摘要

开发一种用于检测H₂O₂的定量电化学方法至关重要，因为它能够实时评估食品中的漂白剂残留物以及癌细胞中的氧化应激。通过模板限制合成策略，使用双金属ZIF-8-67前驱体制备了单原子Co催化剂Co SAs@ZIF-NC。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、Brunauer-Emmett-Teller方法和X射线吸收近边结构对其结构和形态进行了全面表征，确认了成功的合成。将制备好的Co SAs@ZIF-NC固定在铅笔芯石墨电极表面，实现了H₂O₂的电化学检测。该H₂O₂传感器在检测H₂O₂方面表现出优异的性能：线性范围为1–2000 μM，检测限为0.21 μM，灵敏度为2395.54 μA·mM^-1·cm^-2（信噪比为3），同时具备可靠的选择性、稳定性和重复性。它已成功应用于检测食品中的H₂O₂残留物，并监测A549细胞中的细胞外H₂O₂水平。因此，本文提出了一种用于电化学H₂O₂传感的单原子催化剂的新材料设计策略。

引言

过氧化氢（H₂O₂）是一种广泛应用于食品漂白、医疗消毒和废水处理的必需化学物质[1]、[2]。在生物系统中，H₂O₂作为重要的信号分子参与细胞信号传导和免疫反应，其异常水平与多种疾病（包括癌症和神经退行性疾病）有关[3]。因此，全球监管机构对允许的H₂O₂水平实施了严格控制。联合国粮食及农业组织（FAO）规定牛奶中的H₂O₂残留量不得超过0.25%，而美国食品药品监督管理局（USFDA）要求包装材料中的H₂O₂残留量低于0.5 ppm[4]、[5]。此外，日本和中国等国家实施了更严格的控制措施，要求食品完全分解或全面禁止使用H₂O₂[6]。与滴定[7]、比色法[8]和荧光法[9]等传统方法相比，电化学方法在速度、成本、简便性和便携性方面具有明显优势，特别适合快速筛查和家庭监测[10]、[11]。

早期的H₂O₂电化学检测主要依赖于基于葡萄糖氧化酶或辣根过氧化物酶的酶生物传感器[12]。然而，这些生物传感器通常涉及复杂的固定程序，稳定性较差，并且容易受到温度和pH值变化的影响[13]。相比之下，非酶电化学传感器可以有效克服这些限制。高性能非酶电化学传感器的开发依赖于新型功能纳米材料的设计[14]。最近，单原子催化剂（SACs）因其接近100%的原子利用率和独特的电子结构而成为优越的功能纳米材料，从而提高了H₂O₂检测电化学传感器的性能[15]。多项研究使用SACs进行H₂O₂传感。吴等人将单个Au原子锚定在CeO₂上，实现了低至1.4 nM的检测限[16]。彭等人开发了一种基于Cu的SAC，在脐静脉内皮细胞中实现了2.3 μM的检测限[17]。我们团队之前报道了一种能够从活细胞中检测H₂O₂的Co SACs-CN，检测限为0.34 μM[18]。尽管SACs显示出巨大潜力，但其实际应用受到两个关键挑战的阻碍：金属负载量低，限制了活性位点的密度；以及孤立原子易于聚集的固有倾向[19]。为了解决这些稳定性问题，当前的合成策略（如原子层沉积和缺陷工程）旨在抑制原子聚集[20]、[21]。特别是模板限制策略被证明非常有效。通过利用结构化前驱体的空间约束，这种方法物理上限制了金属原子的迁移，从而实现了高密度、均匀分散的单原子位点的精确制备。这一固有优势使其成为设计稳定且活性高的SACs的理想基础方法，并为本研究采用了具体的合成原理[22]。前驱体中的Zn/Co比例在抑制原子聚集方面起着决定性作用，从而决定了最终的催化性能。这一原理指导了基于Co-SAC的H₂O₂检测电化学传感器的系统优化[23]。此外，遵循我们之前研究中的验证方法，使用了HB铅笔电极（PE），这不仅保证了先前验证的性能，还显著降低了传感器生产的成本[24]。

在本研究中，通过使用Zn/Co比例为2:1的前驱体，通过模板限制策略合成了Co单原子催化剂Co SAs@ZIF-NC。然后将制备好的催化剂固定在PE上，构建了一个工作电极，实现了H₂O₂的定量测定（图1）。所制备的传感器具有宽线性范围（1–12000 μM）、低检测限（0.21 μM）、高灵敏度（2395.54 μA·mM^-1·cm^-2（信噪比为3）以及快速响应时间（3秒），同时具备良好的选择性、稳定性和重复性，适用于检测食品中的H₂O₂残留物和监测人肺癌细胞A549中应激诱导的H₂O₂释放。

试剂和材料

Co(NO₃)₂·6H₂O、C₄H₆N₂、Na₂HPO₄、NaH₂PO₄、KCl、NaCl、L-抗坏血酸（AA）、柠檬酸（CA）、盐酸多巴胺（DA）、尿酸（UA）和D-葡萄糖（Glu）购自上海麦克林生化科技有限公司。Zn(NO₃)₂·6H₂O、Nafion-117、K₃FeC₆N₆、K₄FeC₆N₆·3H₂O、甘氨酸（Gly）、L-组氨酸（His）、DL-苯丙氨酸（Phe）、L-精氨酸（Arg）、L-半胱氨酸（Cys）和3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（TMB）购自上海阿拉丁生化科技有限公司。

Co SAs@ZIF-NC的表征

通过SEM和TEM对合成的纳米材料的拓扑特性进行了表征。如图2a和b所示，ZIF-67和ZIF-8-67在SEM图像中均呈现菱形十二面体形态，其中ZIF-8-67的颗粒尺寸明显较大。图2c显示Co NPs@ZIF-NC表面存在颗粒聚集，这与Co纳米颗粒的形成一致。相比之下，Co SAs@ZIF-NC表面光滑，没有这些颗粒（图2d、e）。

结论与展望

在本研究中，使用模板限制合成方法制备了Co SAs@ZIF-NC，构建了一种高性能的H₂O₂检测电化学传感器。通过全面表征，确定了Co位点的单原子性质。此外，该传感器在多种环境中得到了应用，从食品基质到活癌细胞界面，证明了其在实际样品中的稳健可靠性。这项工作不仅克服了技术

伦理批准

不适用。

数据可用性

支持本研究结果的数据可从相应作者处获取。

利益冲突声明

作者声明与本研究无任何利益冲突。

CRediT作者贡献声明

马志超：撰写——原始草稿、方法学、实验研究、数据分析、概念化。王一然：实验研究、数据分析。秦彦欣：实验研究、数据分析。尹启坤：数据分析。魏明：监督、资源提供、项目管理。卢文波：撰写——审稿与编辑、监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了江苏省青兰项目（KD2023QLJS002和KD2025QLJS001）、南京医科大学康达学院的聚贤计划、连云港市科技项目（JCYJ2314）、山西省研究生教育创新计划（2023JG092）、南京医科大学康达学院科学研究人才培训计划（KD2021KYRC013）以及国家创新创业培训计划的支持。