基于Ni-MOF/MWCNTs的电化学传感器用于选择性检测药物Ixazomib citrate

《Journal of Electroanalytical Chemistry》：Electrochemical sensor based on Ni-MOF/MWCNTs for the selective detection of drug Ixazomib citrate

IXM检测电化学传感器基于Ni-MOF/MWCNTs修饰的GCE，通过EIS、DPV和CV验证其宽线性范围（0.01-1000 nM）、低检测限（0.003 nM）及良好稳定性，成功应用于血清样本检测。

　　

马哈茂德·鲁萨尼（Mahmoud Roushani）|扎赫拉·米尔扎埃·卡拉扎安（Zahra Mirzaei Karazan）|阿马尔·卡利德·阿卜杜勒-瓦希德（Ammar Khaled Abdel-Wahid）

伊朗伊兰大学（Ilam University）理学院化学系，邮政信箱69315-516，伊兰

摘要

设计了一种基于玻璃碳电极（GCE）并经过镍金属有机框架/多壁碳纳米管（Ni-MOF/MWCNTs）改性的电化学传感器，用于检测伊沙佐米布柠檬酸盐（Ixazomib citrate，IXM）药物。通过电化学阻抗谱（EIS）、差分脉冲伏安法（DPV）和循环伏安法（CV）对改性电极进行了电化学测试。由于MWCNTs和Ni-MOF的协同作用，该传感器表现出优异的电催化响应。所设计的电极具有0.01至1000 nM的宽线性范围，IXM的检测限（LOD）为0.003 nM。该电化学平台具有可接受的重现性、重复性和稳定性。结果证明了该传感器在选择性检测IXM方面的潜力。最后，该电化学传感器在实际应用中具有良好前景。实际上，使用该传感器对实际样品进行了IXM的检测，并获得了令人满意的结果。

引言

伊沙佐米布柠檬酸盐（IXM）是首个可用于治疗多发性骨髓瘤（MM）的口服可逆蛋白酶体抑制剂，多发性骨髓瘤是一种血液癌症。MM发生在骨髓中的抗感染血浆细胞中[1]。然而，耐药性的产生、副作用以及侵袭性的给药方案促使人们开发了结构不同的第二代蛋白酶体抑制剂，如IXM。耐药性、副作用和强烈的给药方案促使人们开发了具有不同结构的第二代蛋白酶体抑制剂[2]。IXM是从多种含硼的小分子蛋白酶体抑制剂中选出的[3]。因此，确定IXM的方法需要具有选择性、简便性、快速性和灵敏度。

用于检测IXM的方法包括超高效液相色谱与紫外检测器联用（UHPLC-UV）[4]、高效液相色谱与光电二极管阵列检测器联用（HPLC-PDA）[5]、高效液相色谱与紫外检测器联用（HPLC-UV）[6,7]以及超高效液相色谱（UPLC）[8]。然而，这些方法需要复杂的仪器、耗时且设备昂贵，制备步骤也较为复杂。相比之下，电化学方法快速、灵敏、经济、简单、具有选择性，且设备简单便携[[9], [10], [11]]。设计电化学传感器需要对电极表面进行适当的氧化还原改性[12,13]。因此，选择具有高表面积、良好导电性和吸附能力的合适改性剂至关重要。

金属有机框架（MOFs）是由有机配体和金属簇组成的配位网络[14]。作为一种新兴的多孔材料，MOFs具有高表面积、明确的孔径、良好的孔隙率以及可调节的化学性质[15]。由于这些优点，MOFs被应用于催化、化学传感、气体分离/储存和药物输送等多个领域[16]。值得注意的是，基于镍的MOFs因其在电化学传感中的优异催化性能和镍（Ni）的可变价态而受到广泛关注[17,18]。

此外，还使用了活性炭和碳纳米管等不同吸附剂来改性电极表面[19]。多壁碳纳米管（MWCNTs）由于其高表面积、优异的导电性、良好的化学稳定性和出色的孔隙率而受到更多关注[20,21]。在各种改性剂中，MWCNTs是电分析中最具争议性和最知名的碳纳米材料[22]，本研究也使用了这种材料。值得注意的是，在导电材料中，MWCNTs作为一种碳基纳米材料，可以与MOFs产生协同作用[23]。这种相互作用形成了三维结构，显著增加了可用于电化学反应的表面积[24]。

在这项研究中，首次设计了一种用于检测IXM的选择性电化学传感器。改性材料是通过Ni-MOF的溶剂热法制备的，随后通过MWCNTs对GCE表面进行改性。Ni-MOF具有显著的表面积，而MWCNTs则提高了电极的导电性。与其他碳基材料相比，MWCNTs具有更高的电导率、出色的机械强度和良好的热导率以及较大的表面积。这些特性源于其独特的管状结构和强碳-碳键，即使少量添加也能显著增强改性材料的性能[25]。选择Ni-MOF而非其他金属基MOFs是因为它们具有强烈的氧化还原活性、高度多孔的结构、可调的框架、丰富的活性位点以及优异的电化学性能，使其非常适合电化学传感应用[26]。通常，与过渡金属相比，镍在价格、导电性和毒性方面具有更多优势。基于镍的MOFs可作为电极表面改性剂和电催化剂，因为它们成本低廉、丰富易得，易于形成Ni²⁺/Ni³⁺氧化还原对，并具有优异的催化活性[27,28]。此外，Ni-MOF具有多样的结构、较大的孔径和多维的配位状态，有利于其分散性和合成材料的电子转移。

MWCNTs主要作为导电基底，增加了表面积并促进了电子转移；Ni-MOF则作为选择性检测元件，因为其结构中的Ni离子通过与IXM中特定功能团的配位相互作用形成键合。这种特定的相互作用导致IXM在电极表面吸附，从而引起电化学信号的可测量变化。因此，MWCNTs和Ni-MOF的协同作用显著提高了传感器检测IXM的选择性、稳定性和重现性等性能。此外，通过在实际血清样品分析中成功应用该改性电极，证实了其实用性。

材料与设备

IXM、MWCNTs、Ni(NO₃)₂.6H₂O、对苯二甲酸（TPA）、二甲基甲酰胺（DMF）、乙二醇（EG）、乙醇、NaOH、NaH₂PO₄、KCl和[Fe(CN)₆]^3?/4?均从Merck和Sigma-Aldrich公司购买。

电化学数据由μAutolabIII设备（Eco-Chemie）产生，该设备采用三电极系统，包括工作电极（GCE）、参比电极（Ag/AgCl）和对电极（Pt）。Ni-MOF的形貌通过FE-SEM（Hitachi S4160）进行了观察。

Ni-MOF的合成

首先，制备了0.1 g的Ni(NO₃)₂.6H₂

改性GCE的形貌

通过FESEM在不同放大倍数下评估了MWCNTs、Ni-MOF和Ni-MOF/MWCNTs的形貌。如图1A所示，MWCNTs聚集在一起，形成了不规则的管状结构。图1B显示了Ni-MOF的微球图像，其尺寸约为1.5–3 μm，表面多孔，这是由于TPA与Ni离子之间的配位反应所致。这些图像与先前的文献结果一致[30]。EDX光谱（图1D）显示Ni-MOF含有C、O等元素

结论

在这项研究中，使用Ni-MOF/MWCNTs/GCE制备了一种选择性电化学传感器用于检测IXM。Ni-MOF的优异电催化性能以及MWCNTs的高导电性提供了合适的改性剂。Ni-MOF和MWCNTs的协同作用大大提高了改性电极检测IXM的灵敏度。用于电极设计的改性剂价格低廉，制备步骤高效且简单。该传感器

CRediT作者贡献声明

马哈茂德·鲁萨尼（Mahmoud Roushani）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、软件开发、项目管理、方法学研究、资金获取。 扎赫拉·米尔扎埃·卡拉扎安（Zahra Mirzaei Karazan）：撰写——初稿撰写、软件开发、实验研究、数据分析、概念化。 阿马尔·卡利德·阿卜杜勒-瓦希德（Ammar Khaled Abdel-Wahid）：撰写——初稿撰写、实验研究、数据分析、概念化。

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