基于Q［6］?HAuCl4/AuNPs构建的无标记电化学传感体系对尸胺的检测

范颖 王成艳 葛庆梅 丛航

摘 要：利用瓜环基金属有机框架Q［6］·HAuCl4与Au纳米颗粒复合构建了一种电化学传感器GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4检测尸胺，其中，大环化合物六元瓜环主要用于对尸胺的选择性识别，HAuCl4和Au纳米颗粒极大提高了DPV电化学响应信号。该电化学传感器与电解液中K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］氧化还原探针的综合应用，开发了一个新颖的无标记定量检测尸胺的电化学分析体系，具有稳定性、选择性和灵敏度高，抗干扰能力强等优势，在0.6～10 μM线性范围内，检出限达到0.03 μM。应用该体系对枸杞酒中尸胺的检测也具有良好的回收率，体现了其实际应用价值。

关键词：瓜环；尸胺；电化学传感器；无标记分析

中图分类号：O657.1

文献标志码：A

1，5-戊二胺（图1）是一种两端带有氨基基团（—NH2）的天然生物分子，具有多种化学和生物活性的天然多胺，存在于人类、动物、植物、细菌、真菌等微生物中 ［1］。1885年，德国医生Ludwig Brieger提出［2］，1，5-戊二胺是一种最具特征的死亡气味成分，是氨基酸在分解过程中脱羧产生的恶臭分子，尤其是神经递质或激素，因此，被称为尸胺。其广泛分布于原核生物和真核生物中，是细胞生长过程中发挥重要作用的物质之一。在植物中，尸胺参与调控植物生长发育、细胞信号转导、胁迫响应和昆虫防御等多种过程［3］。在动物体中，尸胺可以释放肾上腺素和去甲肾上腺素，刺激子宫、肠道运动神经，还扮演控制胃酸分泌的角色。尸胺的形成也与动物生长和肿瘤的发生有关［4］。在化学工业方面，尸胺可用来代替六亚甲基二胺生产聚酰胺或聚氨酯［5］，可作为喹奥利齐丁生物碱生物合成的前体。尸胺还可以用于评价食品的新鲜或腐败程度，其含量可作为卫生质量的指标。食品中的尸胺被认为对人类健康有潜在的危险，对人体具有强烈的排斥作用，欧洲食品安全局已经确认腐胺（1，4-丁二胺，图1）和尸胺是食品中最常见的生物分子之一［6］。因此，建立快速检测尸胺的方法对食品安全具有重要意义［7］。目前，对于尸胺的鉴别和检测的方法有生物传感器［8］、气相色谱-质谱法［9］、电化学传感器［10］、电泳［11］、高效液相色谱法［12］、比色法［13］等。尸胺缺乏发色团，运用光谱检测需要衍生化，过程复杂，而电化学分析所需化学试剂和设备简单，灵敏度高，是一种快速、准确、低成本的方法。

本文利用六元瓜环（Q［6］，图1）作为大环主体，利用其与不同结构胺分子的几何匹配能力不同，实现了对尸胺的超分子识别，并应用于电化学分析；为了提高灵敏度，利用具有良好导电性能的HAuCl4，与Q［6］形成金属有机框架材料（mental-organic-frames， MOFs）Q［6］·HAuCl4，并且应用纳米金（AuNPs）作为信号放大器，制备了对尸胺高灵敏度、高选择性的玻碳电极（GCE）基电化学传感器GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4（图1）。由于尸胺不具有电化学信号，在电解质溶液中引入了电化学氧化还原可逆的K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］电对，构建了新型的尸胺无标记电化学分析方法，对该方法的分析性能进行了综合评价。

1 试验

1.1 试验仪器与试剂

巴谢特热重分析（TGA）；BAS Epsilion E2-440（USA）电化学工作站；AuNPs溶液购自南京欣福纳米材料科技有限公司；HAuCl4·3H2O购自Ionochem（北京，中国）；K3［Fe（CN）6］，K4［Fe（CN）6］、KH2PO4，K2HPO4·3H2O、浓盐酸、无水乙醇、1，5-戊二胺、腐胺、组胺、酪胺等购自上海阿拉丁生化科技有限公司；缓冲液为0.1 M磷酸盐缓冲液（PBS， pH=7.4）。所有溶液均用去离子水（DW，18 MΩ·cm-1）配制；Q［6］·HAuCl4根据文献［14］合成。

1.2 溶液的配置

根据缓冲溶液表配制0.1 M PBS（pH=7.4）缓冲溶液。在分析天平上称量11.41 g K2HPO4·3H2O和6.80 g KH2PO4于500 mL的烧杯中，加去离子水溶解，转移到500 mL容量瓶中。再往溶液中滴加微量浓盐酸，通过pH计调节pH=7.4，得到0.1 M PBS（pH=7.4）缓冲溶液，贴好标签备用。

工作溶液的配置。在分析天平上分别称取0.823 g K3［Fe（CN）6］、0.106 g K4［Fe（CN）6］和3.728 g KCl于500 mL的烧杯中，适量的去离子水超声溶解，转移至500 mL的容量瓶中，定容后得到含有0.1 M KCl的5 mM K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］黄色溶液作为工作溶液。

Q［6］·HAuCl4 复合物溶液的配制。在分析天平上分别称量1、2、3、4、5、6 mg 的Q［6］·HAuCl4 复合物于5 mL试管中，取1 mL去离子水于各试管中，并加入5 μL Nafion溶液，超声2 h后形成分布均匀的1、2、3、4、5、6 mg/mL的Q［6］·HAuCl4悬浊液。

分析物的配制。在分析天平上称量0.044 g 1，5-戊二胺盐酸盐于25 mL烧杯中，加入适量 0.1 M PBS（pH=7.4）缓冲溶液溶解1，5-戊二胺盐酸盐，溶液转移至25 mL容量瓶中，定容后配制成0.01 M 1，5-戊二胺盐酸盐的母液，常温下避光待用。干扰物（腐胺、组胺和酪胺）也配制成母液待用。

1.3 GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4修饰电极的制备

用少量氧化铝（Al2O3）粉末抛光玻碳电极记为GCE（φ=3 mm），再分别用乙醇和去离子水超声处理60 s，去除电极上吸附的杂质直至电极表面光滑反光，烘干。将5 μL Q［6］溶液滴在电极表面，烘箱中60 ℃干燥，制备Q［6］修饰电极，标记为GCE-Q［6］；将5 μL AuNPs溶液（0.1 mg/mL）滴在电极表面，60 ℃干燥，制备标记为GCE-AuNPs的AuNPs修饰电极。5 μL Q［6］·HAuCl4 溶液覆蓋在修饰电极上，标记为GCE-Q［6］·HAuCl4。同样，5 μL AuNPs溶液（0.1 mg/mL）和不同浓度的Q［6］·HAuCl4 逐层修饰电极写成GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4。

1.4 電化学方法

所有的电化学测量均在5 mM K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］（氧化还原探针）工作溶液中进行，电位范围为初始电位-0.2 V到终止电位+0.6 V，扫描速度为100 mV·s-1。应用DPV测量时，进步电位为5.0 mV，脉冲振幅为40 mV，脉冲宽度为250 ms。尸胺溶于0.1 M PBS（pH=7.4）溶液中，GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4 电极在不同浓度尸胺孵育20 min，进行电化学测试。

2 结果与讨论

2.1 Q［6］·HAuCl4复合物的表征

采用多种技术手段对所合成的Q［6］·HAuCl4材料进行了表征。图2（a）是Q［6］和Q［6］·HAuCl4的热重分析图。Q［6］表现为在129.1 ℃以下失掉11.8% 质量的结晶水；在308.3 ℃开始发生热分解，到581.1 ℃失去74.7%的质量。Q［6］·HAuCl4的热分解在342.7 ℃开始，分解温度的升高说明形成了MOFs结构，稳定性提高；到581.5 ℃材料失重52.8%，可计算得到Q［6］ 与HAuCl4的作用比接近1∶1。x射线衍射分析发现Q［6］的特征峰很明显，而在Q［6］·HAuCl4复合物不具有游离的Q［6］物相，说明HAuCl4与Q［6］的复合物形成（图2（b））。

运用电化学方法对制备的各种电极材料（GCE、GCE-Q［6］、GCE-Q［6］·HAuCl4和GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4）在氧化还原探针K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］中进行了表征（图3）。循环伏安曲线（CV）表明，各电极材料上的峰电流强度顺序为：GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4>GCE>GCE-Q［6］·HAuCl4>GCE-Q［6］，说明有机大环化合物Q［6］具有较强的绝缘性，而强导电能力的HAuCl4和AuNPs的引入，提高了电极的电化学响应。

为了进一步表征各种材料的电化学性能，对其交流阻抗性能进行了测试（图4）。拟合各材料的Nyquist实验值，得到GCE裸电极的电荷转移电阻Rct=287.9 Ω（曲线（a）），当修饰了Q［6］，电极的Rct急剧增加到8 898 Ω（曲线（b）），说明六元瓜环具有很大的电阻；而复合材料Q［6］·HAuCl4修饰的玻碳电极的电荷转移电阻降到了988.5 Ω（曲线（c）），表明HAuCl4提高了材料的导电性能；在复合材料与电极表面之间插入AuNPs，Rct值降低至234.3 Ω（曲线（d）），因此，GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4电极具有最佳的电化学性能，传感器构建成功。

2.2 尸胺电化学分析性能

应用构建的电化学传感器对尸胺进行了定量检测。将GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4置于一系列浓度尸胺中孵育20 min，分别测试DPV信号（图5（a）），峰值电流强度与分析物浓度在0.6～10 μM范围呈良好的线性关系，相应的回归方程I（μA）=-1.884 6C （μM）+30.642 （R2=0.987 9），检出限为0.03 μM（图5（b））。

在相同条件下，同一支修饰电极重复测量5次的结果表明，该传感器的信号稳定，重复性好（图6（a））。分别制备6支GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4修饰电极，置于1.0×10-5 M浓度的尸胺溶液中孵育20 min后，应用DPV考察传感器检测尸胺的电化学响应重现性，经过6次相同的步骤，检测底物在这6支修饰电极上的DPV响应差异不大，峰电流值的计算相对标准偏差仅为3.2%（图6（b）），表明构建传感具有很好的重现性。分别制备6支修饰电极，置于冰箱冷藏24 h，再测试这些电极对尸胺的DPV响应，结果显示DPV的响应电流值波动不大（图6（c）），相对标准偏差仅为7.0%，稳定性好。

尸胺在生物样品中的残留会与多种生物胺共存，成为对尸胺检测的干扰，因此，选择了常见的腐胺、酪胺、组胺作为干扰物质，考察它们对GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4检测尸胺干扰性。结果如图6（d）所示，在20倍浓度的腐胺、酪胺、组胺存在下，尸胺的DPV响应电流值的变化很小，表明所构建的电化学传感器具有较好的抗干扰能力。

为评价该传感器在实际检测中的实用性和可行性，采用标准添加法对真实枸杞酒样品（在保质期内）进行尸胺分析。具体试验步骤为，取少量枸杞酒经过0.45 μM滤膜过滤后，用0.1 M PBS溶液（pH=7.4）稀释一定倍数，用于电化学分析，尸胺的标示量与测定量之间的电化学信号相差不大，回收率在86.5%～104.3%之间（见表1）。表明修饰的GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4电极检测结果比较可靠，可用于实际样品中尸胺含量的有效测定。

3 结论

本文制备了新型的金属有机骨架Q［6］·HAuCl4，运用多种谱学技术对其结构和成分进行表征，并与AuNPs复合，构建了玻碳电极基底的GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4电化学传感器，考察了其电化学性能，并在K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］氧化还原探针溶液中开发了对尸胺的无标记电化学定量分析方法，结果表明，体系的DPV信号对0.6～10 μM浓度的尸胺具有良好的线性关系，检出限为0.03 μM；该传感器具有稳定性、重复性、重现性和抗干扰性。利用所构建的GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4传感器在枸杞酒真实样品中检测尸胺获得良好的的回收率，可应用于食品质量评价等领域。

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（责任编辑：于慧梅）

A Label-Free Electrochemical Sensor Based on

Q［6］·HAuCl4/AuNPs for Cadaverine Detection

FAN Ying， WANG Chengyan， GE Qingmei， CONG Hang*

（Enterprise Technology Center of Guizhou Province， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract：

An electrochemical sensor， GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4， was constructed to detect cadaverine with cucurbit［n］uril-based metal-organic framework Q［6］·HAuCl4 and Au nanoparticles. Q［6］ was used for selective recognition to cadaverine， while HAuCl4 and Au nanoparticles greatly improved the electrochemical signal in DPV. In the presence of K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］ redox probe in the electrolyte， the electrochemical sensor was developed for a novel label-free quantitative detection of cadaverine electrochemical analysis system， which had the advantages of stability， selectivity， high sensitivity and strong anti-interference ability， with a detection limit of 0.03 μM in the linear range of 0.6～10 μM. The application of this system for the detection of cadaverine in wine also afforded good recoveries， exhibiting practical application value.

Key words：

cucurbituril; cadaverine; electrochemical sensor; label-free analysis

收稿日期：2022-08-03

基金項目：贵州省科技计划资助项目（20201Y028）；贵州大学人才引进资助项目（201902）

作者简介：范 颖（1979—），女，高级实验师，博士，研究方向：有机化学和超分子化学，E-mail：fy7679@126.com.

通讯作者：丛 航，E-mail：ecnuc@163.com.