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利用异构纳米复合材料和锌空气NEC锂电池系统，通过自供电阻挡式测验传感器检测孕酮，实现灵敏的孕酮检测
发布时间：2026-08-06 16:22:52 点击： 次
传统的自供电传感器通常输出功率密度较低，且在复杂环境中容易受到干扰，这使得检测低浓度目标具有挑战性。其中，设计了一种新型锌空气电池（ZAB）驱动的自供电阻抗应用传感器，能够通过层级异质结构高效检测孕酮，具有优异的还氧性能和电子导电性。ZnO/Co 的层级异结构3O4以及 V2O5多壁碳纳米管（MWCNTs）内的纳米颗粒源自在V上原位生长的钴锌沸石酰胺甲酸盐框架2CTx纳米片通过高温在N下的煅烧过程2氛围。借助高导电性的金属氧化物纳米颗粒、高电子传递通道的多磁碳纳米管以及具有大比面积和多电荷转移方向的MXene，开发的ZAB驱动自供能光传传感器结合分层异质结构，实现了高输出信号。层级异构结构能够有效地暴露更多活性位点，以便对适配体链进行固定。新型aptasensor展示了0.76和2.12 fg mL的超低检测限−1在10 fg mL宽线性范围内，向孕酮方向发展−1以及0.1毫克毫升−1，分别。基于异质连接的新型顶摄策略，可扩展用于替换相应的顶聚体链，检测其他类型的食物污染物。
图形摘要
在各种用于孕酮分析的电化学apta传感器中，电化学阻抗光谱（EIS）技术是监测电极界面变化时电荷-转移电阻的强大工具，可用于实时识别探针与分析物之间结合过程的信息[7]。鉴于信号量化简便、灵敏度高、检测极限低、响应迅速以及对生物相互作用损伤较小[8]等诸多优势，EIS技术在检测各种分析物方面比差分脉冲伏安法（DPV）或方波伏安法（SWV）更为敏感[9]。此外，自供能生物传感器在食品污染物分析中也出现了，考虑到其制造工艺简单、无需外部电源需求且成本低廉[10]，这些优势在依赖三电极电解电池和电位器驱动的传统电化学传感器中并不具备。尽管在自供能生物传感器的开发中广泛采用了不同的生物燃料和光燃料电池[11]，但其内在缺陷，如生物燃料电池的不稳定性以及激发和光电子-空穴分离效率低，可能导致测试时能量输出低和电化学信号不稳定，限制其广泛应用。相比之下，锌气电池（ZAB）驱动的自供能aptasensor因其高能量密度、理论值高达1086 Wh kg，已在生物传感领域崭露头角[12]。−1开路电位为1.38伏[13]。ZAB由电阴极和锌阳极组成，锌阳极在阴极催化剂上发生氧化反应，氧还原反应（ORR）产生电信号。电阴极催化剂上的ORR与ZAB的高输出稳定信号有关。因此，开发高活性稳定的ORR催化剂以提升ZAB驱动自供能apta传感器的电化学性能具有重要意义。
MXenes是一类重要的二维（2D）材料，具有高比对面、金属导电性和可调谐表面化学的层叠官能团特性，广泛应用于电子器件[14]、电化学生物传感[15]、ORR[16]和组装ZAB[17]。为了进一步促进MXenes电催化ORR的性能，许多努力致力于开发基于MXene的复合材料，如杂原子掺杂[18]、缺陷[19]和界面工程[20]等。其中，界面工程是一种有效的控制方法，具有高速电子传递通道和不同组分间电子耦合效应[21,22]。至于异质结构的形成，活性位点的电子结构可以被调谐，不同组分间产生的协同效应极大促进反应动力学[23,24,25]。因此，它们常常表现出单组分催化剂的电化学活性或电解能力[26]。在这方面，基于MXene的分层异质结构有望制造出具有更高导电性和催化活性的新型异质结，并将其作为ZAB驱动的自供电阻挡式电化学aptasensor的坚固电极。
本研究通过结合ZAB驱动的自供能和阻碍式Aptasensor，建立了一种电化学aptasensor，基于由Co的多个组成部分组成的异质结3O4、ZnO和V2O5被多壁碳纳米管封装（记为VZnCo@MWCNTs@V2CTx).The VZnCo@MWCNTs@V2CTx异质结是通过在V上原位冲长的掺锌ZIF-67退火制备的2CTxMXene纳米片。受益于富矿矿区（如Co3O4、ZnO或V2O5）、丰富的结构缺陷和元素氧空缺、一定的氮掺杂，以及较大的比表面积和高孔隙率，VZnCo@MWCNTs@V2CTx接点表现出增强的电化学和电催化活性。因此，基于VZnCo@MWCNTs@V制造的生物感应设备2CTx展示了电化学响应的放大和输出性能的提升。因此，组装的ZAB驱动自供电阻挡式光速传感器显示了P4的超低探测极限（LOD）。这项工作提出了一种基于多功能纳米材料的新型模态ZAB驱动自供能阻碍式apta传感器。
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