分子印迹聚合物电化学传感器（MIP/ECS）凭借其卓越的分子识别性能，能够在复杂基质中实现对特定目标物的高选择性与超灵敏检测，在环境监测、食品安全及生物医学等领域展现出重要的研究价值与应用前景。然而，该类传感器目前仍主要局限于“一对一”的识别模式，如何突破这一限制，建立基于 MIP/ECS 的多分析物同步、高效检测方法，仍是当前该领域亟待解决的关键挑战。

  2025年8月1日，新疆大学吐尔逊·阿不都热依木教授团队在Chemical Engineering Journal期刊发表题为“Polydopamine-PEDOT-based portable molecularly imprinted sensor for simultaneous ultrasensitive determination of chlorpromazine and norfloxacin”的研究论文，第一作者为新疆大学博士生周彦强，通讯作者为吐尔逊·阿不都热依木教授。

图1. 便携式NC@DE/MIP/ECS的制备及其对氯丙嗪和诺氟沙星的同步检测

  在MIP/ECS的体系中，较少且单一的结合位点，较低的亲和力和较差的导电性严重制约了其对多分析物的同步灵敏检测。鉴于此，本研究提出一种便携式MIP/ECS，实现了氯丙嗪（CPZ）与诺氟沙星（NOR）的同步灵敏（皮摩尔级）测定（如图1）。为了提升传感器性能与可靠性，采用聚多巴胺（PDA）与聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）协同构建具有选择性识别功能的多级印迹网络，并以氮掺杂中空介孔碳球（N-HMCS）为信号放大材料。PDA 与 PEDOT 不仅形成供体-受体体系，还与 N-HMCS 之间建立本征电场，从而显著增强了电子转移效率。所开发的传感器在单一或同时检测模式下，均表现出较低的检测限、较宽的线性范围、优异的选择性和稳定性。并在牛奶、鸡蛋及湖水等实际样品中展现出卓越的可靠性和实用性。本研究为开发用于多目标同时检测的小型化、便携式传感器平台提供了全新思路。

图2. NC@DE/MIP的制备与形态学分析。(A) N-HMCS与NC@DE/MIP的制备示意图；(B) N-HMCS, (C) NC@DE/MIP, (D) NC@DE/NIP的SEM图；(E) NC@DE/MIP的TEM图；(F-J) NC@DE/MIP的HAADF-STEM图及其元素分布图

  如图2A所示，以N-HMCS为载体，以DA和EDOT为双功能单体，采用表面分子印迹技术制备用于检测CPZ和NOR的电极材料（NC@DE/MIP）。首先，以四乙氧基硅烷和四丙氧基硅烷为双硅源，DA为碳/氮源，采用简单高效的直接法合成N-HMCS。然后，两种模板分子（CPZ和NOR）通过π-π相互作用和氢键与两种功能单体形成稳定的复合物，并在十六烷基三甲基溴化铵和过硫酸铵的作用下在N-HMCS 上聚合。在此过程中，PDA中的儿茶酚基团和胺基使PEDOT在N-HMCS表面及介孔中形成均匀聚合物层。最后，用洗脱液去除模板分子后，得到具有丰富印记空腔的 NC@DE/MIP。从SEM、TEM到高角度暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）等表征手段揭示了复合材料的连续微观结构（图2B-J）。NC@DE/MIP具有尺寸均匀的中空核壳球形结构，直径约为 330 nm。NC@DE/MIP具有较为粗糙的表面，主要归因于丰富且分布密集的印迹空腔。

图3. NC@DE/MIP的结构分析。(A) NC@DE/MIP的BET曲线；(B) 各材料的拉曼光谱, (C)FTIR光谱, (D-I) XPS光谱, (J-L) UPS 光谱

  如图3所示，通过BET分析、拉曼光谱、FTIR光谱、XPS和UPS光谱对复合材料的结构进行了分析。NC@DE/MIP具有较大的比表面积和优异的介孔结构，该材料具有较低的石墨化程度，较高的缺陷密度和无序结构比例。拉曼光谱、FTIR和XPS光谱结果证实，与N-HMCS、PEDOT和PDA相比，NC@DE/MIP中所有特征峰均发生位移，证实了复合材料在印迹过程中存在较强的相互作用（π-π堆积作用、氢键和静电相互作用）。结合UPS结果证实，PDA与PEDOT共同构筑了多级印迹网络结构及稳定的供体-受体体系，同时与N-HMCS 之间建立本征电场，从而显著增强了电子转移效率。因此，N-HMCS、PDA与PEDOT之间的协同效应为提升NC@DE/MIP的导电性、传质效率及亲和力提供了关键的结构基础。

图4. 传感器的电化学行为。（A）不同修饰电极的CV曲线, (B) EIS曲线, (C) DPV曲线；(D-H) NC@DE/MIP/GCE在不同扫描速率(v)下的CV曲线及线性关系图；(I) CPZ和NOR的电化学氧化机理示意图

  将NC@DE/MIP直接滴涂于GCE表面构建了传感器（NC@DE/MIP/GCE）。如图4所示，通过CV、EIS和 DPV分析证实，该传感器具有出色的电化学活性和催化性能，主要归因于N-HMCS、PDA与PEDOT之间的协同效应显著提升了传感器的导电性、传质效率及亲和力。通过分析传感器在不同扫描速率下的CV曲线及线性关系，揭示了在催化过程中，CPZ 遵循氮原子的单电子反应机制，NOR中的-NH发生失去两个电子的化学反应。

图5. 传感器的线性响应分析。(A) NC@DE/MIP/GCE对CPZ和NOR的DPV曲线, (B-C) CPZ和NOR的校准曲线；(D)传感器对目标物及其结构类似物的电流响应；(E-H) NC@DE/MIP/SPCE的构建示意图, DPV曲线及校准曲线

  如图5A-D所示，NC@DE/MIP/GCE 在同步检测两种分析物时表现出优异的检测限（CPZ：0.25 nM，NOR：0.28 nM）和检测范围（CPZ：0.001-75 μM，NOR：0.001-35 μM）。同时，该传感器对两种分析物具有令人满意的选择性和抗干扰性。如图5E所示，将NC@DE/MIP直接滴涂于SPCE表面构建了小型化的便携式传感器（NC@DE/MIP/SPCE）。如图5F-H所示，NC@DE/MIP/SPCE在同步检测两种分析物时表现出出色的检测限（CPZ：1.13 nM，NOR：1.05 nM）和检测范围（CPZ：0.005-75 μM，NOR：0.005-35 μM）。值得注意的是，将传感器直接应用于实际样品（牛奶、鸡蛋和湖水）中CPZ和NOR的分析检测，获得了与HPLC相一致的可靠结果，证明了该传感器具有出色的检测性能和实用性。

图6. 传感器的选择性结合机制。(A) NC@DE/MIP结合两种目标物后的BET曲线, (B) 拉曼光谱, (C) FTIR光谱, (D-G) XPS光谱； (H) 传感器的选择性结合机制示意图

  如图6所示，通过BET分析、拉曼光谱、FTIR光谱和XPS光谱分析了传感器对CPZ和NOR的选择性结合机制。具有优异亲水性和粘附性的NC@DE/MIP能够牢固的结合于GCE和SPCE表面，降低电极界面电阻。由PDA和PEDOT构筑的多层导电印记网络，以及中空核壳介孔结构，显著促进了目标分子、电解质离子及电子的高效传输。复合材料中丰富的印迹空腔和作用位点，通过介孔填充、氢键、π-π堆积和静电协同作用，实现了CPZ与NOR的高效捕获，从而成功地完成了对复杂基质中两种目标分析物的同步灵敏检测。

  文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166633

【作者介绍】

  吐尔逊·阿不都热依木，博士生导师，新疆大学化学学院二级教授，高分子化学与物理学科负责人。研究聚焦于高分子结构调控与高性能化，致力于将高分子材料应用于能源、环境与催化转化等关键领域，具体研究方向包括开发用于高效能源存储与转换器件的高分子复合材料、研发高性能通用高分子材料改性技术、设计用于环境污染物检测吸附与降解的功能高分子材料，以及开发用于绿色高效催化转化过程的新型高分子基催化剂或载体。至今以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater, Carbon, Small, Compos. part B: Eng., Talanta, J. Power Sources, J. Colloid Interface Sci.等刊物上发表SCI论文近150余篇，论文被引用2800余次，H指数28。研究成果分别获新疆维吾尔自治区自然科学一等奖、新疆大学第九届科学研究优秀成果一等奖、新疆大学第一届自然科学二等奖，第十四届疆维吾尔自治区优秀论文三等奖等奖励。

  如仙古丽·加玛力，硕士生导师，新疆大学化学化工学院教授。主要从事高分子材料的高性能化与复合改性。至今以第一/通讯作者在Adv. Funct. Mater., Biosens. Bioelectron., Chem. Eng. J., Carbon, Small, Compos. Sci. Technol, J. Energy Storage, Constr. Build. Mater., Int. J. Biol. Macromol., Appl. Surf. Sci.等刊物上发表SCI论文115余篇，论文被引用1900余次，H指数24。

  周彦强，新疆大学化学学院2022级博士生，师从吐尔逊·阿不都热依木教授。研究方向为PEDOT/碳基分子印迹电化学传感器的开发与应用。至今以第一作者/共同第一作者在Chem. Eng. J., Biosens. Bioelectron., J. Chromatogr. A., J. Anal. MethodsChem., Int. J. Anal. Chem., J. Liq. Chromatogr. R. T.等刊物上发表SCI论文7篇。主持新疆大学优秀博士研究生创新项目，曾荣获新疆大学优秀研究生，连续三年荣获研究生自治区学业奖学金，荣获清华大学化学系-新疆大学化学学院联合博士生学术论坛优秀奖等多项奖励。