《Microchemical Journal》：Fabrication of APTES-functionalized carbon quantum dots and Box-Behnken optimization for sensitive cyclophosphamide detection in pharmaceuticals with low cytotoxicity toward MCF7 cells
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农药氯吡甲胺（CLP）检测的电化学传感器开发：采用金电极修饰石墨烯氧化物-氧化锌纳米复合材料，通过XRD、SEM、FTIR等表征证实材料均匀分散与结构稳定性，CV、LSV、EIS和CC测试显示检测限48.8 fM，定量限160 fM，兼具高灵敏度和抗干扰性，适用于污染环境原位监测。
克里斯托·乔治（Christo George）|S.N. 尼拉杰（S.N. Neeraj）|P. 卡尔帕娜（P. Kalpana）|哈扎里·纳雷什（Hazari Naresh）|戈尔蒂·贾纳尔丹（Gorti Janardhan）|阿比谢克·库马尔（Abhishek Kumar）|玛丽·苏巴贾·克里斯托（Mary Subaja Christo）
印度班加罗尔达亚南达萨加尔工程学院（Dayananda Sagar College of Engineering）土木工程系，邮编560111
摘要
环境和食品样本中的重金属污染及农药残留严重威胁人类健康和生态系统。本研究提出了一种新型电化学传感平台，利用经过氧化石墨烯-氧化锌（GO–ZnO）纳米复合材料改性的金工作电极来检测氯吡硫磷（CLP）。氧化石墨烯纳米颗粒（GO NSs）通过改进的Hummers方法合成，氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）通过共沉淀技术制备；GO–ZnO纳米复合材料通过声催化途径实现功能表面整合，形成均匀分散体。合成纳米材料的形态通过XRD和SEM进行表征，其官能团通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析。电化学行为和传感响应通过循环伏安法（CV）、线性扫描伏安法（LSV）和恒电流法（CC）进行评估。通过改变扫描速度的实验研究了电极-电解质界面处的扩散控制机制。有效表面积通过计时库仑法测定，检出限（LOQ）为160 fM，定量限（LOD）为48.8 fM。GO和ZnO的互补作用显著提高了传感器的电荷转移效率和电催化活性。重复性和稳定性测试表现出优异性能，干扰实验显示对常见干扰物质具有高选择性。该研究强调了表面功能化的碳纳米结构与ZnO结合的使用，能够实现灵敏且特异性的电化学农药检测，适用于受损区域的原位监测。
引言
由于农药和重金属的传统性质及其生物累积性，它们对健康和环境造成了长期全球性威胁[1]。这些物质通过工业废水、农业应用以及缺乏适当的废物处理而释放到水生和陆地环境中[2]。公共卫生保护和环境质量维护要求对这些有毒物质的痕量水平进行定量分析[3]。传统的检测方法虽然灵敏，但成本高昂且耗时，通常需要复杂的仪器和受过培训的人员[3]，因此亟需成本效益高、便携且灵敏的检测技术。电化学传感器是一种可行的选择，因为它们使用方便、响应时间短且灵敏度更高。纳米材料的引入扩展了电化学传感器的功能[4]。碳纳米结构的优异特性（如导电性增强、表面积增大和吸光度提高）为传感应用带来了潜力[5]。通过对碳纳米结构进行表面功能化，提高了灵敏度、选择性和实际应用可行性。表面功能化产生的活性位点增强了与目标分析物的相互作用，从而在复杂环境样本中实现更准确和可重复的重金属和农药检测[6]。
纳米技术的进步使我们能够结合材料工程和表面化学，创造出有价值的传感平台。特别是表面功能化的碳纳米结构，在检测有害环境污染物方面展现出巨大潜力[7]。表面功能化进一步改善了电化学信号传输，增强了与目标分子的相互作用[8][9]。在表面改性过程中引入的化学官能团（羧基、羟基、胺基和硫醇基）能够选择性地与不同物质（如农药和有毒金属离子）反应，从而提升传感器的特异性[10]。此外，纳米材料在电化学传感平台中的应用促进了小型化和便携式现场检测的发展[11]。这些便携式现场传感器在农村和城市地区无需或少需样品制备即可进行原位分析，特别适用于资源匮乏、传统实验室分析仪器有限的社区[12]。除了出色的检测性能外，基于碳纳米材料的传感器还具有良好的机械稳定性和化学稳定性，表明其在恶劣环境条件下的长期可靠性和有效性。碳纳米材料适用于多种电极基底，并可制成柔性或可穿戴结构，进一步扩展了应用范围[13]。尽管存在一些局限性，如可能与类似结构化合物的干扰、缺乏多种环境条件下的广泛现场测试、传感器长期保存的不确定性以及大规模生产的技术难题等。
为了在受污染区域实现高效的环境监测，本研究使用GO–ZnO纳米复合材料制备了一种极其灵敏和精确的氯吡硫磷检测电化学传感器。
本文分为几个主要部分：回顾电化学传感器的最新进展；描述GO–ZnO纳米复合材料合成和表征的材料与方法；展示电化学、形态学和结构分析的结果与讨论；以及总结结果并提出未来改进方向的结论。
文献综述
Hegde等人详细探讨了碳点（carbon dots）、石墨烯（graphene）和碳纳米管（CNTs）等纳米材料在控释、吸附和农业化学品检测中的表面功能化、合成和应用。物理化学表征证实了它们良好的选择性相互作用和高负载能力。同时指出了存在的局限性，如表面行为不均匀、未探索的材料形式以及现场验证不足。建议未来研究应重点设计纳米材料复合材料。
方法论
本研究采用表面功能化的GO–ZnO纳米复合材料在金电极上制备了一种高灵敏度的电化学传感器，用于检测受污染环境中的氯吡硫磷。首先制备了关键组分——氧化石墨烯纳米颗粒（GO NSs）和氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）。通过XRD、SEM和FTIR对这些材料的结构和功能进行了全面物理化学表征。GO–ZnO改性后，进一步制备了金工作电极。
结果与讨论
为了开发出高灵敏度的氯吡硫磷检测电化学传感器，制备了经过GO和ZnO改性的金电极。通过FTIR、SEM和XRD验证了其结构和功能完整性。电化学测试（CV、LSV、EIS和CC）的结果显示该传感器具有出色的稳定性和选择性，电荷转移效率提高，扩散控制动力学明显，检出限为48.8 fM，定量限为160 fM。
结论
利用氧化石墨烯-氧化锌纳米复合材料改性的金电极制备了一种高灵敏度和选择性的氯吡硫磷电化学传感器。该传感器结合了GO的高导电性和ZnO的催化活性，增强了电荷转移和电催化活性。通过XRD结构分析、SEM微观结构和形态分析以及官能团分析验证了复合材料的均匀分布。
作者贡献声明
克里斯托·乔治（Christo George）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、方法论设计、数据管理、概念构思。S.N. 尼拉杰（S.N. Neeraj）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源协调、数据管理、概念构思。P. 卡尔帕娜（P. Kalpana）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论设计。哈扎里·纳雷什（Hazari Naresh）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论设计、数据管理。戈尔蒂·贾纳尔丹（Gorti Janardhan）：撰写——审稿与编辑、可视化处理、验证。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
