背景與挑戰：藥物殘留監測的迫切需求


異丙嗪（PMZ）作為臨床常用的吩噻嗪類抗組胺藥，其治療窗狹窄導致過量使用易引發錐體外系反應等副作用。更值得關注的是，PMZ代謝產物通過污水處理廠難以完全降解，已在地表水中檢出ng·L?1–μg·L?1級殘留。傳統檢測手段如HPLC、LC-MS/MS雖具有高精度，但依賴復雜儀器與耗時前處理；而熒光或SERS技術則受限于昂貴基底與標記工藝。這種檢測手段的局限性直接阻礙了現場快速篩查的實際應用，亟需開發兼具高選擇性、高靈敏度與便攜性的新型檢測技術。


技術革新：針刺針微電極的智能化改造


本研究創造性地采用中醫臨床一次性針刺針（AN）作為微電極基底。AN的微米級尖端結構與不銹鋼導電特性為構建"采樣-檢測"一體化平臺提供了物理基礎。然而裸露AN表面惰性導致信號響應不足，研究團隊通過兩步納米修飾策略實現性能突破：首先在針體表面電沉積Sn納米簇形成電子傳導層，繼而沉積Au納米簇構建Au/Sn雙金屬異質界面。這種設計不僅縮短了電子傳輸路徑，更通過金屬協同效應顯著提升導電性能——SEM-EDS聯用證實Au、Sn元素均勻覆蓋針體表面，且與不銹鋼基底形成穩定結合。


分子識別層的精準構筑：表面印跡技術的突破


為實現PMZ的特異性識別，研究團隊采用原位電聚合策略構建分子印跡膜。以PMZ為模板、鄰苯二胺（POPD）為功能單體，在Au/Sn異質界面上沉積聚鄰苯二胺膜。洗脫模板后形成的納米級空穴與PMZ的吩噻嗪環N原子位置精確匹配。這種三維識別結構的設計智慧在于：空穴內部保留PMZ分子特有的空間構型與官能團分布，而外部非印跡區域則形成致密電惰性層，有效阻隔干擾物質的電子傳遞。CV與EIS測試表明，該結構使界面電阻產生可逆變化，驗證了分子識別空腔的動態調控能力。

圖. (A) 含0.5 mM PMZ的PBS溶液中不同電極的CV曲線。(B) 含0.5 mM PMZ溶液與空白溶液中印跡電極的CV曲線對比。(C) 含0.1 mM PMZ的PBS溶液中不同電極的DPV曲線。(D) 含0.1 mM PMZ溶液與空白溶液中印跡電極的DPV曲線對比。

雙重增敏機制的協同效應


傳感器性能突破的關鍵在于雙金屬催化與分子印跡的協同作用。Au/Sn異質界面不僅作為電子傳遞通道，其表面d帶電子結構差異還為PMZ氧化提供活性位點。實驗數據顯示，Au/Sn雙金屬修飾使PMZ氧化電流較裸電極提升2.3倍。而表面印跡層的引入進一步將選擇性提升至新高度：當PMZ分子進入印跡空穴時，其N原子與Au/Sn界面形成定向配位，顯著增強電子傳遞效率。DPV檢測顯示，在0.1 mM PMZ溶液中，印跡電極峰電流較未印跡電極下降達78%，驗證了特異性識別機制。


參數優化與性能驗證


通過系統實驗確定最佳制備條件：模板/單體摩爾比1:4、pH 6.0、50 mV/s掃描速率、15圈電聚合循環。洗脫15 min與再結合10 min的參數組合確保了印跡空穴的穩定性。性能測試表明，該傳感器在pH 4.0-8.0范圍內保持穩定響應，檢測限低至0.5 nM，線性范圍覆蓋0-500μM。更重要的是，在含尿酸、抗壞血酸等常見干擾物質的模擬體系中，傳感器對PMZ的選擇性系數達98.6%，展現出卓越的抗干擾能力。

表1. 與過去 10 年內報道的用于檢測 PMZ 的電化學傳感器的比較。

實際應用驗證與技術優勢


在臨床血清樣本與環境水體檢測中，該傳感器展現出優異的適用性。加標回收率實驗顯示血清樣本中PMZ的回收率為94.2-105.8%，RSD<3.5%。環境水樣檢測結果與LC-MS/MS法一致性良好，相對誤差控制在±5%以內。與近十年文獻報道的同類傳感器對比，本技術在檢測限（0.5 nM vs.1.2-10 nM）、響應時間（<30 s vs.2-5 min）及成本（<5元/次vs.>50元/次）等方面均具顯著優勢。

表2. 人血清樣本及環境水中PMZ的測定.

技術延伸與未來展望


這項工作開創性地將傳統中醫器具轉化為智能傳感平臺，為微針技術的多功能化應用提供新思路。Au/Sn雙金屬異質界面的構建策略可遷移至其他含氮類藥物的檢測，表面印跡技術的參數優化方法也為類似傳感器開發提供參考模板。未來研究可聚焦于：（1）開發多通道陣列傳感器，實現多種藥物的同步檢測；（2）集成無線傳輸模塊，構建物聯網式環境監測網絡；（3）探索生物相容性涂層，拓展體內實時監測的應用場景。


技術落地的可行性分析


該傳感器的制備流程高度簡化：針刺針經電化學修飾后無需復雜封裝即可直接使用，單次檢測成本低于5元。操作層面僅需常規電化學工作站與DPV模塊，普通實驗室即可完成檢測。這種"即插即用"的特性使其特別適用于基層醫療機構的快速篩查、污水處理廠的在線監測以及禁毒執法中的現場檢測等場景。研究團隊已通過實際樣品驗證，證明該技術具備良好的穩定性與重現性，為技術轉化奠定堅實基礎。


結語：從實驗室到應用的跨越


這項研究通過材料科學、電化學與生物傳感的交叉融合，成功解決了PMZ檢測的三大核心難題：高靈敏度、高選擇性與便攜性。針刺針微電極平臺的創新應用不僅拓展了傳統醫療器具的功能邊界，更為環境污染物的現場監測提供了普適性解決方案。隨著制備工藝的標準化與檢測算法的智能化，這類微型化傳感器有望成為公共衛生監測領域的"移動實驗室"，在藥物濫用監管、環境風險評估等領域發揮重要作用。


參考文獻：

Liu H, Zhang C, Wang C, et al. A highly selective and sensitive sensor for promethazine based on molecularly imprinted interface coated Au/Sn bimetal nanoclusters functionalized acupuncture needle microelectrode. Anal Chim Acta. 2023;1269:341395.