使用铂–金双金属纳米粒子修饰三维氧化石墨烯改性玻碳电极同时电化学检测亚胺培南和美罗培南

为何监测这些强效抗生素很重要

一些医院中最关键的抗生素，例如亚胺培南和美罗培南，是对顽固感染具有救命作用的药物。但它们也是把双刃剑：患者血液中浓度过低可能无法清除病原体，而过高则会损害大脑、肝脏和肾脏，并可能泄入环境。本研究描述了一种低成本传感器，能够快速且极灵敏地同时测定这些药物在血液、尿液和药品等真实样本中的含量，有望帮助医生微调治疗并协助监管机构追踪污染。

读取微弱化学信号的新方法

研究者着手构建一种电化学传感器，将化学信息转换为电信号。与依赖大型且昂贵、需要复杂样品制备的仪器不同，他们的目标是制成可以直接浸入含有亚胺培南和美罗培南溶液的小型电极。当这些药物分子接触电极并发生氧化反应——本质上是失去电子时——产生的电流可以被测量。挑战在于设计一种电极表面，使该反应高效进行并且能清晰分离两种药物的信号，即便它们的浓度极低。

构建微小、多孔的辅助表面

为提升电极性能，团队设计了一种层状纳米材料。他们以氧化石墨烯为起点，这是一种以原子薄片排列的碳材料。通过将其加工成三维海绵状网络，创造出大面积、多孔的表面，使得大量反应可以同时发生。在这一支架上，他们锚定了由铂和金混合形成的超小颗粒。这些双金属纳米粒子像微小催化剂，加速了药物与电极之间的电子传递。显微镜和X射线研究证实，金属颗粒在石墨烯框架上分布均匀，置于玻碳基底上后形成了稳定且高度导电的涂层。

将药物接触转化为清晰的电学峰值

在制备好这种涂层电极后，作者测试了其对亚胺培南和美罗培南的响应性能。通过伏安法——扫描电位并记录电流——他们显示每种药物在不同的电位上产生了各自独立的氧化峰，二者之间有明显的电位差。这种分离意味着传感器即使在两药同时存在时也能将其区分开来。多孔且金属修饰的表面还降低了电子流动的电阻，显著增加了相对于未改性电极的有效面积。因此，电信号变得更强且更清晰，使装置能够在极宽的范围内检测到低至纳摩尔级的药物浓度。通过改变溶液酸度、材料负载和扫描速率的实验有助于确定能产生最可靠和最强响应的条件。

不仅在实验室中有效，也适用于真实样本

除了受控试验溶液外，传感器还在真实样本中接受了检验：人血清和尿液，以及市售的亚胺培南片剂和美罗培南注射液。通过向这些复杂混合物中加入已知量的药物并测量信号增加量，团队显示回收率非常接近100%，仅有小幅波动。该装置在数周存储期间也保持稳定，多次制备的电极结果几乎相同，并且不易被其他常见药物或溶解盐干扰。这些特性表明该传感器可用于药品质控以及监测药物在体内的分布。

对患者与环境的意义

从实用角度看，本研究提供了一种紧凑且廉价的电极，能够同时在极低水平下检测两种主要的最后线抗生素。对于医疗领域，此类传感器可支持治疗药物监测，帮助临床医师调整剂量，使药物浓度既足以杀灭细菌又不过高以致产生有害副作用。在环境和食品安全方面，同一平台也可用于追踪水体、农产品或医院废弃物中的抗生素残留。尽管在床边或现场使用之前仍需进一步开发，这项工作展示了精心设计的纳米材料如何将微弱的化学痕迹转化为易于测量的清晰电信号。

引用: Paghaleh, H.J., Jahani, S., Moradalizadeh, M. et al. Simultaneous electrochemical detection of imipenem and meropenem using a Pt–Au bimetallic nanoparticle–decorated 3D graphene oxide modified glassy carbon electrode. Sci Rep 16, 9876 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36658-0

关键词: 电化学传感器, 亚胺培南, 美罗培南, 石墨烯纳米材料, 抗生素监测