萨拉恩维格内什·阿拉加尔萨米（Saranvignesh Alagarsamy）| 安东尼·贾斯敏·文森特·约翰（Antony Jasmine Vincent John）| 曾伟辰（Tse-Wei Chen）| 陈慎明（Shen-Ming Chen）
台湾国立台北科技大学化学工程与生物技术系，中兴东路3段1号，台北106
**摘要**
通过合理设计具有可调表面化学性质和缺陷结构的多功能纳米复合材料，为开发临床相关的电化学生物传感界面提供了新的途径。雷洛昔芬盐酸盐（Raloxifene hydrochloride，RLF）是一种选择性雌激素受体调节剂，用于预防骨质疏松症和乳腺癌，其在生物流体中的精确定量对于确保治疗的安全性和有效性至关重要。在本研究中，我们制备了一种十二烷硫醇（DDT）功能化的磷掺杂混合纳米复合材料，该复合材料由锚定在富含缺陷的氧化石墨烯（Bi NPs/P–RGO）上的多孔铋纳米颗粒组成。该材料通过无溶剂固态研磨工艺制备，随后进行水热磷掺杂和硫醇功能化处理。异原子掺杂、硫醇配位以及多孔结构的协同作用产生了丰富的电活性位点，促进了快速的电荷转移。全面的光谱和显微分析证实了纳米颗粒在混合基质中的均匀分布以及强烈的界面耦合。优化的Bi NPs/P–RGO电极对RLF表现出宽线性检测范围（0.01–321 μM）、高灵敏度（3.73 μA μM-1 cm-2）和超低检测限（0.002 μM），并在人血清样品中表现出优异的重现性、稳定性和回收率。这项研究强调了表面和缺陷工程化的铋基复合材料作为敏感药物监测和精准生物医学诊断平台的潜力。
**引言**
近几十年来，快速的城市化、工业扩张和现代农业实践增加了各种化学试剂的使用。这些化合物较差的降解能力导致生物积累，从而提高了生态系统的毒性[1]。由于环境危害的增加，癌症已成为最主要的健康问题之一。各种癌症类型的死亡率上升引起了研究人员和科学家的广泛关注，促进了大量的研究和调查[2]。放射治疗、免疫治疗、介入放射学、化疗和手术是最广泛认可的癌症治疗方法[3][4]。其中，化疗是治疗早期和中期癌症的最常用方法。雷洛昔芬（RLF）是一种重要的化疗抗癌药物，因其具有细胞毒性和抗代谢特性而被使用[5]。RLF是一种苯并噻吩化合物，化学名称为甲酮[6-hydroxy-2-(4-hydroxyphenyl) benzo[b]thien-3-yl]-[4-[2-(1-piperidinyl) ethoxy]phenyl] hydrochloride[6]。口服时，它作为选择性雌激素受体调节剂（SERM）发挥作用。RLF在骨骼和肝脏上表现为雌激素激动剂，而在其他组织（如乳腺和子宫）上则表现出雌激素拮抗作用或最小的激动剂活性。由于其增加的骨矿物质密度，RLF被研究作为绝经后妇女骨质疏松症的治疗药物。此外，RLF还能增强椎体强度，降低血液脂质浓度，并降低乳腺癌风险。这种药物具有较高的肠道通透性，但水溶性较低，因此根据生物制药分类系统属于II类药物[7]。其生物利用度为2%，半衰期为28小时，随后在肝脏中通过葡萄糖醛酸化被代谢。RLF和他莫昔芬（tamoxifen）是主要的SERM药物[3]。美国食品药品监督管理局（FDA）强烈推荐RLF用于绝经后患有乳腺癌的女性[8]。RLF对DNA具有高亲和力，能够抑制肿瘤细胞增殖。测量人生物流体中的RLF浓度可以为优化高剂量抗癌药物的剂量提供有用信息。为了确定人生物系统和制药领域中的RLF，采用了多种方法，包括共振瑞利散射[9]、分光光度法[10][11]、电化学传感器[6]、高压液相色谱（HPLC）[12][13]、液相色谱-质谱（LC-MS）[14]和毛细管电泳[15]。由于这些分析方法复杂、耗时且需要熟练的技术人员，其应用潜力受到限制。其中，电化学传感器技术在监测生物电活性分子和药物方面具有多个优势，包括易于使用、自发检测、极高灵敏度、低成本、预处理简便以及快速分析[16]。尽管这些电化学方法对于检测生物电活性分子非常有用，但它们也存在一些分析难题[17][18]。电极性能可能会因目标分子在电极表面的副产物积累、过电位和传感器选择性而降低[19]。通过用聚合物、碳材料、金属氧化物和金属纳米颗粒修饰电极表面，这些问题得到了解决。纳米结构金属等材料被广泛应用于电化学传感器、光学和光电子学等领域[20]。此外，这些纳米结构具有高活性表面、无害性、生物相容性、化学稳定性以及快速电子转移能力，因此可以因其高灵敏度、可靠性和微型化特性而被用于传感器[21]。作为周期表上最稳定且非放射性的元素之一，铋纳米颗粒（Bi NPs）因其可接受的毒性、合理的成本以及较高的X射线衰减和近红外吸收系数而受到广泛关注[22][23]。铋（Bi）是第15族中最重的元素，与其较轻的同系物砷和锑相比，具有独特的物理和化学性质。基于铋的化合物几个世纪以来一直用于治疗梅毒、腹泻、胃肠炎和结肠炎等微生物感染，最近还显示出良好的抗癌和抗病毒活性[24]。此外，放射性同位素如212Bi和213Bi已被用于癌症治疗的靶向放射治疗。在纳米尺度上，铋纳米颗粒在生物医学成像技术（包括光声成像、热成像和计算机断层扫描）中表现出优异的性能。它们的封装形式可以在极性和非极性溶剂中稳定分散，从而扩大了实际应用范围[25]。已经开发了多种铋纳米颗粒的合成策略，包括气相冷凝、电化学方法和溶液相化学。最近，使用硼氢化钠、柠檬酸或葡萄糖等还原剂进行金属盐（如硝酸盐、氯化物）的溶液还原变得越来越流行，通常结合有机封端剂以防止聚集和氧化。然而，大多数传统合成方法使用二甲甲酰胺、乙二醇或丙酮等有机溶剂，这些溶剂对环境有害且难以纯化[26]。在水介质中，铋纳米颗粒特别不稳定，会迅速氧化为Bi2O3，这限制了它们的应用。此外，由于反应的复杂性、溶剂依赖性和较差的可重复性，扩大这些反应的规模仍然具有挑战性，难以获得大量铋纳米颗粒以用于实际应用。为了克服这些挑战，需要无溶剂或更环保的合成路线，使用稳定的稀释剂和封端剂以实现高质量铋纳米颗粒的可扩展生产。对于功能性应用，特别是在电化学系统中，将铋纳米颗粒固定在二维（2D）sp2杂化碳基材料上具有显著优势[27]。这种杂化不仅保护了铋纳米颗粒免受氧化，还提高了电子迁移率，增加了电活性表面积，并提供了优异的机械和热稳定性，使其成为基于复合材料的传感和能源设备的理想候选材料[28]。碳纳米管（CNT）、氧化石墨烯（GO）、碳纳米纤维（CNF）、还原氧化石墨烯（RGO）和石墨烯气凝胶（GA）等碳基材料因其良好的电子导电性和大表面积而受到研究人员的广泛关注[29][30][31]。其中，RGO是一种非凡的二维碳材料衍生物，其边缘和基面具有氧功能团，具有层状六角结构，是通过还原GO制备的[32][33]。这些材料的性质使其在电化学传感器[34]、光化学[35]、光催化剂[36]和太阳能电池[37]等应用中具有独特优势。然而，RGO外层的氧功能团降低了其导电性。为了解决这个问题，需要对RGO表面进行一些修饰，例如形成导电复合材料并通过掺杂其他元素进行化学改性。向催化剂中添加磷（P）作为掺杂剂，使其更接近杂质电子壳层的能量水平。这种掺杂过程还可以改变带隙能量，将空位转化为能够捕获电化学产生的电子的陷阱[38][39]。通过这种方式，P掺杂的RGO增加了电化学活性区域，提高了人血清样品中RLF的电化学检测能力。
**材料与方法**
有关材料和仪器方法的详细信息见补充信息（SI 1）。
**铋纳米颗粒的合成过程**
3克五水合硝酸铋（Bi(NO3)3·5H2O）在剧烈机械搅拌下与3毫升1-DDT反应。反应放热，立即形成白色的Bi-DDT [Bi(C12H25S)3]沉淀。放热反应过程中在底部形成的致密胶状残留物是由未反应的铋组成的。
**XRD、拉曼和FT-IR研究**
XRD分析用于确定材料的晶体性质。图1a显示了Bi NPs、RGO、P-RGO和Bi NPs/P-RGO的XRD光谱。Bi NPs在24.10°、27.5°、39.1°、40.0°、46.8°、49.5°、57.2°、64.9°处显示出菱形晶体相的（101）、（012）、（110）、（201）、（202）、（211）和（300）面的衍射峰。获得的正交晶系Bi NPs的XRD光谱与标准数据（JCPDs# 00-005–0519）[40]非常吻合。在GO中，...
**结论**
总之，我们开发了一种环保且可扩展的策略，用于制备十二烷硫醇（DDT）封端的铋纳米球（Bi NPs），并与磷掺杂的还原氧化石墨烯（P-RGO）结合，形成稳定且导电的混合复合材料。用DDT对铋纳米颗粒进行表面功能化在改善其分散性和稳定性方面起着关键作用，从而增强了与P-RGO基质的相互作用。通过无溶剂固态研磨方法在室温下合成了由十二烷硫醇（DDT）稳定的多孔铋纳米颗粒，而磷掺杂的还原氧化石墨烯（P-RGO）则是通过水热过程获得的。这两种成分通过超声处理结合在一起，形成了均匀的导电混合网络。全面的结构和光谱表征证实了Bi NPs的均匀分散以及与P-RGO基质的强界面耦合。电化学研究（包括EIS和伏安测量）显示了增强的电荷转移、高催化活性以及对RLF检测的优异灵敏度，使得目标分子的可靠电化学识别成为可能。这些结果表明，聚合物介导的、DDT封端的Bi NPs/P-RGO复合材料是一种有前景的生物电子界面，适用于复杂生物环境中的精确可靠的药物检测。
