首都师范大学和北京化工大学研究团队开发新型化学发光平台，实现多巴胺高灵敏检测

首都师范大学和北京化工大学研究团队开发新型化学发光平台，实现多巴胺高灵敏检测

近日，首都师范大学和北京化工大学叶能胜研究团队在国际期刊《Analytica Chimica Acta》上发表了一项重要研究成果，开发了一种基于二硫化钼（MoS₂）纳米片的新型化学发光（CL）平台，用于灵敏检测多巴胺（DA）（Analytica Chimica Acta, 2024, 1295, 342324）。该研究通过MoS₂纳米片诱导的活性氧生成显著增强鲁米诺发光效率，为生物传感技术开辟了新路径。

背景介绍

鲁米诺化学发光体系因其灵敏度高、设备简便、背景信号低，广泛应用于生命科学、临床诊断和环境监测。然而，传统的鲁米诺体系通常需要添加氧化剂（如过氧化氢）和发光增强剂才能实现高效发光，这增加了操作复杂性和成本。为克服这一挑战，研究团队引入MoS₂纳米片作为催化剂，通过催化溶解氧生成活性氧（ROS），显著增强鲁米诺的发光效率，实现无外加氧化剂条件下的强发光反应。

实验仪器设备

1. 超微弱发光分析仪（BPCL）：高压为-1000 V，用于测量鲁米诺-MoS₂体系的化学发光强度。
2. 原子力显微镜（AFM, Bruker Dimension Icon）：用于观察MoS₂纳米片的厚度分布，确认其为少层纳米片结构。
3. 扫描电子显微镜（SEM, Hitachi SU8010）：用于观察MoS₂的形貌及纳米片层次分布。
4. 电子自旋共振波谱仪（ESR, Bruker EMX）：用于检测鲁米诺-MoS₂体系中的自由基，验证CL反应过程中活性氧的生成。
5. 紫外-可见分光光度计（UV-2550, Shimadzu）：用于测量MoS₂纳米片的吸收光谱，研究发光前后的光学特性。
6. X射线衍射仪（XRD,SmartlabSE）：用于表征MoS₂纳米片的晶体结构，确认剥离后的材料仍保持良好的层状特性。

主要研究内容

研究团队采用超声辅助剥离法，将商业化的大块MoS₂粉末制备成少层MoS₂纳米片，并通过Raman光谱和ESR验证其表面缺陷的形成（图1c,d）。实验表明，这些缺陷提供了丰富的活性位点，能够有效催化溶解氧生成超氧自由基（O₂•⁻）和羟基自由基（•OH）。在鲁米诺溶液中引入MoS₂纳米片后，无需额外添加氧化剂即可实现强CL发光。研究发现，这一过程主要归因于MoS₂诱导的ROS生成过程（图3c,d）。

图1. (a) 剥离后的MoS₂纳米片（NS）的紫外-可见光谱，插图显示其对应的廷德尔效应。（b）剥离后MoS₂纳米片的原子力显微镜（AFM）图像。（c）块状MoS₂与剥离后MoS₂纳米片的拉曼光谱。（d）块状MoS₂与剥离后MoS₂纳米片的电子自旋共振（ESR）光谱。

进一步实验显示，CL信号的强度与pH值密切相关，在pH 12时达到最大值。在最YOU条件下，该平台被用于多巴胺的灵敏检测。由于多巴胺的抗氧化性，其加入会显著抑制CL信号。通过测量CL信号的减少值（ΔI），研究团队建立了多巴胺浓度与CL抑制之间的线性关系，在5-100nM范围内检测限低至2.07nM。此外，该方法在尿液样本中表现出良好的选择性和加标回收率，回收率在99.6%-100.6%之间，相对标准偏差低于1.1%。

图2.(a) 基于MoS₂纳米片-鲁米诺传感器，CL强度减少值（ΔI）与不同浓度多巴胺（DA）的线性校准曲线。（b）尿液中共存物质对DA检测的干扰效应评估。在检测DA（10nM）时，共存物质的耐受比例为：钾离子（K⁺）、钠离子（Na⁺）、钙离子（Ca²⁺）、镁离子（Mg²⁺）、葡萄糖、脯氨酸（Pro）、亮氨酸（Leu）、蛋氨酸（Met）、精氨酸（Arg）、赖氨酸（Lys）、组氨酸（His）、丙氨酸（Ala）、谷氨酸（Glu）、色氨酸（Try）、苯丙氨酸（Phe）的浓度为DA的100倍；尿酸（UA）的浓度为25倍；抗坏血酸（AA）的浓度为10倍。

结论

该研究通过引入MoS₂纳米片，成功开发了一种高效鲁米诺化学发光平台，显著提升了CL信号强度并简化了检测流程。这一创新技术在多巴胺检测中的应用展现了优异的灵敏性和可靠性，为生物医学传感和环境监测领域提供了新的解决方案。未来，基于MoS₂的CL催化平台有望扩展至更多生物分子检测应用，进一步推动化学发光技术的发展。