《Talanta》：g-C
3N
4/transition metal dichalcogenide hybrid assemblies for emerging pharmaceutical drug detection: Recent advances in electrochemical sensing
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制藥污染物（PCs）的環境危害及g-C3N4/TMD復合材料檢測技術綜述。摘要：制藥殘留物通過代謝、工業排放等途徑污染水體，威脅生態與人類健康，尤其是非降解類水溶性藥物。針對SDG 6清潔水目標，研究整合g-C3N4的高穩定性與TMDs的導電性，構建二維異質結構提升痕量藥物檢測靈敏度，重點突破抗癌藥、抗病毒/NSAIDs、激素及甾體藥物等非抗生素類污染物的電化學傳感難題。
普里蒂·喬希（Preeti Joshi）| 阿比曼紐·庫馬爾·潘德伊（Abhimanyu Kumar Pandey）| 里沙布·馬爾維亞（Rishabh Malviya）| 拉努·加迪（Ranu Gadi）| 巴瓦尼·普拉薩德·奈克·內納瓦圖（Bhavani Prasad Naik Nenavathu）
印度德里英迪拉·甘地婦女技術大學應用科學與人文學院，德里，110006
摘要
環境中的藥物污染物（PCs）由于對人類健康的負面影響而成為日益嚴重的全球性問題。即使在微量水平下，這些物質也會污染水源和水生生態系統，對人類健康和生態平衡構成威脅。其中，不可降解且水溶性的殘留物在地表水和地下水中長期存在，尤其是一個嚴重的問題。聯合國可持續發展目標（SDG 6 – 清潔水和衛生）2030明確提出了減少地表水和地下水中不可降解、水溶性污染物的目標。這一目標可以通過使用納米功能系統選擇性檢測污染物來實現。本研究旨在討論各種類型的藥物污染物，如抗癌藥物、抗病毒藥物/非甾體抗炎藥（NSAIDs）、激素和類固醇藥物，它們的生物毒性、相關健康風險以及使用基于g-C?N?的傳感器進行檢測的方法。由于具有高表面積、化學穩定性、電催化活性和獨特的電學性質，二維石墨碳氮化物（g-C?N?）和過渡金屬硫屬化合物（TMDs）在開發用于檢測PCs的電化學和比色傳感器方面受到了廣泛關注。它們對藥物、臨床樣本和環境樣本具有更高的靈敏度、選擇性和穩定性。盡管對單獨的g-C?N?和TMDs材料進行了大量研究，但它們在藥物檢測中的聯合應用仍然相對較少，特別是在實際臨床樣本分析、即時檢測設備和芯片實驗室集成以及多重藥物傳感平臺方面。
引言
藥物在推動治療創新和提高全球醫療質量方面發揮著關鍵作用。過去一個世紀以來，醫學科學的進步和更有效藥物的研發使得許多疾病得到了治療，從而延長了壽命，降低了嬰兒死亡率，改善了疾病預防，并提高了整體健康水平[[1], [2], [3]]。現代社會最重要的成就之一是全球藥物使用的顯著增加，但這也導致了自然生態系統中藥物的大量積累[4]。由于藥物的大量使用，它們已成為重要的環境污染物。藥物殘留物會造成生態破壞并嚴重影響健康。此外，不受控制的藥物釋放會促進對抗生素具有抗性的細菌生長，加劇了全球抗菌素耐藥性（AMR）問題[5,6]。未經處理的廢水中通常含有病原體和有機微污染物，尤其是藥物，導致廣泛的環境污染。作為全球領先的產業，制藥行業使用了大約3000種化合物作為藥物，年產量超過100噸[7]。這些化合物對人類健康和生態系統的風險和潛在影響引起了人們的關注，因此許多研究人員正在關注這一問題。這一日益增長的興趣體現在關于這些化合物分析檢測的眾多綜述中[[7], [8]]。藥物水污染的主要來源包括制藥行業、醫院和家庭活動產生的病理和生物醫學廢物，以及畜牧業產生的動物廢物。其中，醫院是主要污染源，主要是因為患者排泄物中的藥物及其代謝物[9]。未改性的藥物化合物（PCs）及其代謝物和結合物在使用后會被排出體外，通常進入城市污水系統[10]。
藥物殘留物往往在環境中長期存在，因此迫切需要高效、靈敏且具有選擇性的檢測方法來在微量水平下檢測它們。迄今為止，已經探索了多種分析和電分析技術，包括色譜法、免疫測定法、化學發光、毛細管電泳、熒光法、分光光度法和電化學過程，以靈敏地檢測PCs[11,12]。盡管傳統技術具有高準確性和靈敏度，但它們依賴于復雜的儀器和樣品預處理，限制了現場應用。基于傳感器的方法通過提供高特異性和靈敏度、便攜性、成本效益以及簡便的樣品預處理克服了這些限制[[13], [14], [15]]。
近年來，過渡金屬硫屬化合物（TMCs），特別是過渡金屬氧化物（TMOs）、硫化物（TMSs）和硫屬化合物（TMDs）因其高表面積和獨特的電學性質而成為傳感材料的研究熱點[[16], [17], [18]]。TMCs被列為用于檢測藥物的最廣泛研究的二維材料之一[19,20]。它們表現出多種電學性質，包括超導性、半導電性、半金屬性和電荷密度行為，這些性質受過渡金屬中空d軌道數量的影響[21,22]。
與TMCs一起，石墨碳氮化物（g-C?N?）是一種低成本的、無金屬的聚合物半導體，具有納米片形態，具有高比表面積和出色的熱穩定性和機械穩定性，能夠實現高效的電荷傳輸。它促進快速電子轉移，具有生物相容性，對可見光敏感，并表現出高催化活性，使其非常適合用于能量轉換、存儲、藥物遞送、傳感和環境修復應用。將g-C?N?與TMCs結合，將g-C?N?的穩定性和吸附能力與TMCs的導電性和活性位點結合起來，提高了電荷分離效果和傳感靈敏度。g-C?N?和過渡金屬硫屬化合物（TMDs）已成為強大的納米材料，廣泛應用于傳感和藥物檢測研究，尤其是針對抗生素的研究。盡管抗癌藥物、抗病毒藥物、激素藥物、類固醇和非甾體抗炎藥等其他關鍵類別在全球范圍內廣泛使用，但相關研究較少。為了彌補這一差距，表1列出了部分藥物及其類別以及過度使用時的有害影響。這種忽視降低了我們監測和調節其環境和健康影響的能力。利用g-C?N?/TMD復合材料的電子轉移、催化和光學特性，我們可以創建超靈敏、選擇性和便攜式的電化學傳感器來檢測這些常被忽視的污染物。本研究的新穎之處在于有意構建了g-C?N?/硫屬化合物二維異質結構，實現了界面電荷轉移驅動的信號放大，用于電化學傳感藥物檢測。本綜述系統地回顧了最近在g-C?N?/過渡金屬硫屬化合物雜化組裝方面的研究進展，重點分析了它們的合成策略、界面電荷轉移機制、傳感器架構和新興藥物檢測的性能指標。
小節片段
石墨碳氮化物（g-C?N?）
石墨碳氮化物（g-C?N?）是一種無金屬的聚合物半導體，近年來受到了廣泛關注。它被認為是室溫條件下C?N?最穩定的同素異形體之一[33]。其二維結構由通過三級胺鍵連接的s-三嗪單元組成[34]。高度縮合的三-s-三嗪環結構賦予了它卓越的熱穩定性，在空氣中可保持完整性高達600°C，并表現出顯著的抗性
藥物檢測
由于藥物的大量使用和頻繁作為環境污染物出現，迄今為止關于基于納米材料傳感的大多數評估主要集中在抗生素的檢測上。在本綜述中，我們也關注另一類藥物。由于這些藥物的耐久性、生物積累性和可能的副作用，它們除了在治療監測方面帶來挑戰外，還引發了生態問題。
藥物檢測傳感器
由于藥物在臨床和環境中的廣泛使用，不正確的處置、排泄和工業排放導致水體污染，對生態系統和人類健康構成威脅。其中，抗生素由于消耗量大和可能導致抗菌素耐藥性而受到廣泛研究。挑戰
盡管基于納米材料的傳感器取得了進展，但仍需解決一些挑戰，如材料重復性、大規模生產、在復雜廢水基質中的長期穩定性、干擾效應以及納米材料的環境安全性。此外，大多數現有研究僅限于實驗室系統，將其應用于實際廢水監測和工業規模的應用仍然有限。未來研究方向
此外，設計能夠同時檢測多種類型抗生素的多重電化學平臺將顯著提高污染物的快速高效監測能力。開發超薄多孔的g-C?N?納米片與貴金屬（Ag、Au、Pt）或過渡金屬氧化物（ZnO、TiO?、Fe?O?）結合，可以協同提高電催化、光電化學和光學活性。基于g-C?N?和TMD的傳感器應進一步發展結論
總之，盡管基于納米材料的傳感技術取得了顯著進展，但在實際應用中仍存在主要問題，如選擇性、穩定性、可重復性、合成可擴展性、環境安全性和系統集成。本文討論了抗癌藥物、抗病毒藥物/非甾體抗炎藥、激素和類固醇藥物對人類和動物健康的嚴重威脅，包括它們的生物毒性、相關健康風險和檢測方法。
CRediT作者貢獻聲明
普里蒂·喬希（Preeti Joshi）：撰寫 – 審稿與編輯、原始草稿撰寫、方法學設計、數據管理。阿比曼紐·庫馬爾·潘德伊（Abhimanyu Kumar Pandey）：撰寫 – 審稿與編輯、資金獲取、概念化。里沙布·馬爾維亞（Rishabh Malviya）：數據可視化、軟件開發、實驗研究。拉努·加迪（Ranu Gadi）：撰寫 – 審稿與編輯、監督、資金獲取。巴瓦尼·普拉薩德·奈克·內納瓦圖（Bhavani Prasad Naik Nenavathu）：撰寫 – 審稿與編輯、原始草稿撰寫、監督、方法學設計。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文所述的工作。
