基于Fe/Ni 二元金屬有機框架/多壁碳納米管的電化學傳感器對芬太尼的快速檢測

摘要 芬太尼是一種強效麻醉性阿片類鎮痛藥物，在臨床手術中可作為靜脈麻醉劑，但同時也被吸毒人員作為毒品濫用，由此導致的死亡人數逐年增多，因此，亟需開發芬太尼的快速篩查方法。本研究以二元金屬有機框架MIL-88B（Fe/Ni）作為電催化劑，結合多壁碳納米管（MWCNTs）修飾玻碳電極（GCE）構建了電化學傳感器用于芬太尼的快速檢測。通過掃描電鏡（SEM）、能量色散X 射線光譜（EDS）、X 射線衍射（XRD）以及X 射線光電子能譜（XPS）等多種方法表征了所合成的MIL-88B（Fe/Ni）及MIL-88B（Fe/Ni）/MWCNTs 復合材料的形貌、晶體結構和元素特征。電化學測試結果表明， MIL-88B（Fe/Ni）/MWCNTs 復合材料修飾GCE具有較低的電化學阻抗和較大的電化學表面積，對芬太尼具有超高的靈敏度。在優化的實驗條件下，對芬太尼的線性檢測范圍為0.04～10 μmol/L， 檢出限（LOD， 3Sb/M）為0.015 μmol/L， 重現性、選擇性和穩定性均良好。進一步利用此修飾電極檢測實際尿液和血液樣品中的芬太尼含量，在0.2～1.0 μmol/L 濃度范圍內，回收率分別為58.6%～81.5%和82.7%～97.5%。MIL-88B（Fe/Ni）/MWCNTs 復合材料可作為一種新型電極修飾材料，用于芬太尼的電化學快速檢測，在公安禁毒和醫療急救領域中具有巨大的應用潛力。

關鍵詞 芬太尼；MIL-88B（Fe/Ni）；多壁碳納米管；電化學檢測；差分脈沖伏安法

近年來，因濫用毒品死亡的人數逐年上升，僅2021 年，全球因濫用毒品而死亡的人數就超過10 萬人，其中很大一部分是由于濫用芬太尼及其類似物等合成類阿片所致[1-2]。為了打擊芬太尼類藥物的濫用和犯罪，開發一種靈敏、準確和便攜式快速檢測芬太尼的方法具有重要意義。目前，檢測芬太尼的方法主要包括分光光度法[3-4]、氣相色譜法[5-6]、氣相色譜-質譜法[7-9]、液相色譜法[10-11]和液相色譜-質譜法[12-15]等，這些方法需要復雜和昂貴的儀器以及具有豐富背景知識的專業操作人員，耗時長、檢測成本高。電化學檢測技術具有響應速度快、靈敏度高和便攜性良好等優勢，已廣泛應用于各種目標物的現場篩查。

Hu 等[16]首次使用汞電極，采用溶出伏安法（ASV）實現了對芬太尼的檢測。在優化的電極材料和電解質系統條件下，該方法的檢出限為5 nmol/L， 但由于汞的毒性，難以實際應用。Peng 等[17]開發了一種基于四[3，5-雙（三氟甲基）苯基]硼酸陰離子的離子對復合電極用于聚氯乙烯基質中芬太尼的檢測，檢出限為6.29 μmol/L。近年來，研究人員采用碳電極改性的方法增強芬太尼氧化的信號響應，進而提高靈敏度。Goodchild 等[18]使用離子液體（1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓雙（三氟甲基磺酰基）亞胺鹽）修飾的絲網印刷電極（SPCE）對芬太尼進行分析，檢出限為5 μmol/L。Naghian 等[19]在此基礎上使用多壁碳納米管（MWCNTs）和室溫離子液體4-（3-丁基-1-咪唑）-1-丁烷磺酸鹽的混合物對手套上的柔性SPCE 進行修飾，用于液體和粉末狀態的芬太尼的檢測，檢出限為10 μmol/L。Naghian 等[20]使用鋅基金屬有機框架（Zn（Ⅱ）-MOF）修飾的SPCE 對芬太尼進行檢測， Sohouli 等[21]使用碳納米洋蔥修飾的玻碳電極（GCE）對芬太尼進行檢測，檢出限均為0.3 μmol/L。Ding 等[22]使用氧化鎳和碳納米管的納米復合材料（NiO@CNTs）修飾GCE 檢測芬太尼，檢出限為0.1 μmol/L。Mishra 等[23]利用激光直接在市售聚酰亞胺片上誘導納米多孔碳結構并用于芬太尼的檢測，檢出限為1 μmol/L。Wester 等[24]采用單壁碳納米管（SWCNTs）修飾的GCE 對芬太尼進行檢測，檢出限為0.011 μmol/L。綜上，除SWCNTs/GCE 外，其它檢測方法得到的檢出限均較高（0.1 μmol/L 以上），無法達到芬太尼濫用者血液中低濃度水平藥物的檢測要求（5～80 μmol/L）。同時， SWCNTs 存在材料制備難度大的問題，并且未見對血液和尿液中的目標物進行檢測的研究報道。