基于分子印迹聚吡咯的等离子体与伏安双模式POF传感器实现多巴胺的超灵敏检测

为解决复杂生物基质中多巴胺（DA）快速、高灵敏检测难题，研究人员开发了一种基于电聚合分子印迹聚吡咯（eMIP）的双模式（SPR和DPV）传感器，利用D型塑料光纤（POF）平台实现从pM到μM的宽范围检测，在血浆和尿液样本中展现出优异性能，为神经递质即时检测（POCT）提供了新策略。

　　

多巴胺（DA）作为人体内关键的儿茶酚胺类神经递质，在中枢神经系统、激素调节、心血管功能和肾脏系统中扮演着核心角色。它不仅调控运动控制、空间记忆、动机和情绪状态，还涉及性行为和泌乳等生理过程。然而，多巴胺信号通路紊乱与多种疾病密切相关，包括帕金森病、亨廷顿病、精神分裂症、注意力缺陷多动障碍，以及神经内分泌肿瘤如嗜铬细胞瘤和副神经节瘤。在心脏骤停等紧急情况下，多巴胺的快速检测对临床决策至关重要。

目前多巴胺检测的金标准方法是竞争性免疫分析法和色谱法，如高效液相色谱-电化学检测（HPLC-ECD）和液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）。但这些方法需要复杂的样品前处理，耗时且成本高，难以满足即时检测（POCT）的需求。虽然电化学传感器具有简单、快速的优点，但往往缺乏足够的选择性，容易受到抗坏血酸（AA）和尿酸（UA）等干扰物的影响。分子印迹聚合物（MIP）作为一种仿生受体，具有高亲和力和选择性，且制备简单、稳定性好，但传统MIP的厚度控制困难，影响重现性。

在这项发表于《iScience》的研究中，Alessandra Cutaia、Rosalba Pitruzzella等研究人员开发了一种创新的双模式传感器，将表面等离子体共振（SPR）和微分脉冲伏安法（DPV）集成于单个D型塑料光学光纤（POF）平台。该传感器利用电聚合分子印迹聚吡咯（eMIP）作为识别元件，金纳米薄膜既作为等离子体激发表面，又作为电化学的工作电极。通过定制化的3D打印检测池，能够根据样品基质和 analyte浓度选择SPR或DPV进行检测，实现了从皮摩尔（pM）到微摩尔（μM）的宽范围检测。

研究采用的关键技术包括：SPR-POF平台的制备（通过抛光形成D型敏感区并溅射金膜）、eMIP的电聚合沉积（以吡咯为单体，多巴胺为模板，在LiClO₄电解质中通过循环伏安法扫描）、模板提取（在PBS/KCl缓冲液中通过CV扫描去除模板）、SEM形貌分析以及双模式检测（SPR波长位移监测和DPV参数：E_start=-0.3V，E_end=+0.6V，E_step=0.01V）。真实样本检测使用了健康女性捐赠者的血浆（经离心和稀释）和尿液样本（酸化过滤后稀释）。

监测电聚合分子印迹聚吡咯沉积和模板提取步骤 via表面等离子体共振现象

通过SPR光谱实时监测eMIP的生长和模板去除过程。电聚合后共振波长发生红移（约30nm），表明聚合物沉积导致折射率增加；模板提取后进一步红移，证实了聚合物结构的变化。整体过程（聚合+提取）在超纯水中测试，清晰展示了SPR-POF上聚合物动态引起的折射率变化。

传感器表面的表征

SEM分析显示，eMIP修饰的传感器形成多层聚合物片状结构，与裸传感器和电聚合非印迹聚合物（eNIP）相比具有明显形态差异。eNIP层更厚（单次CV扫描产生50nm位移，两次达150nm），而eMIP仅30nm位移，表明模板存在影响了聚合形态和厚度。

通过表面等离子体共振分析的剂量-反应曲线

SPR-POF-eMIP传感器在0.1M PBS/0.1M KCl缓冲液（pH7）中测试多巴胺浓度（0.05pM至10pM）。DA与eMIP结合后共振波长发生蓝移，表明界面折射率降低。剂量-反应曲线符合Langmuir模型（等效于Hill模型n=1），拟合得出亲和常数K_aff=4.0×10¹² M^-1，检测限（LOD）低至0.05pM，定量限（LOQ）为0.15pM，灵敏度极高。

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选择性测试 via表面等离子体共振分析

传感器对100pM抗坏血酸（AA）和尿酸（UA）的响应微弱（波长位移可忽略），而对1pM多巴胺响应显著，证明eMIP对DA的高选择性。eNIP修饰的传感器对DA无响应，进一步证实印迹过程的特异性而非非特异性结合。

表面等离子体共振法测定血液样本中的多巴胺

在真实血浆样本（健康女性捐赠者，经1:500稀释）中测试，SPR波长平均位移3.5nm，推算DA浓度为155±49pM，与HPLC/荧光法结果（124pM）无显著差异，表明传感器在复杂生物基质中具有良好的准确性和应用潜力。

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通过微分脉冲伏安法分析测定多巴胺

对于浓度较高的尿液样本，采用DPV模式检测。剂量-反应曲线符合Langmuir模型，线性范围在μM级别，LOD为0.8μM，LOQ为2.4μM，亲和常数K_aff=160M^-1（与SPR模式不同，因检测浓度范围异）。印迹因子（IF）为5（eMIP与eNIP灵敏度比值），证明印迹效果显著。在模拟尿液和真实人尿中测试，通过标准加法测得DA浓度为12μM，加标回收率95%，表明传感器在复杂基质中仍能准确量化。

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与其他多巴胺传感器的比较

该双模式传感器在SPR模式下达到pM级检测限，低于绝大多数现有传感器；DPV模式性能与同类电化学传感器相当，但兼具制备简单、成本低、样品量少（仅需几微升）等优势。传感器为一次性使用，但重现性好，尤其在线性范围内。SPR-POF平台的制备工艺经过多年验证（如用于SARS-CoV-2检测），具有高度一致性。

讨论与结论

该研究成功开发了一种基于eMIP的双模式（SPR和DPV）传感器，用于多巴胺的高选择性、高灵敏检测。传感器利用D型POF平台，结合电聚合印迹聚吡咯，实现了从pM到μM的宽范围检测，并能根据样本基质选择最佳检测模式。在血浆和尿液等真实样本中表现优异，无需复杂前处理，结果与金标准方法吻合。

传感器的优势包括便携性、低样品消耗、易于制造以及双模式提供的应用灵活性。其高选择性克服了AA和UA等干扰物问题，eMIP策略的有效性得到充分验证。然而，研究也存在一些局限性：传感器为一次性使用，可重复性有待提升；仅测试了有限类型的生物基质；真实样本需稀释可能影响POCT的直接性。

总体而言，这种SPR-电化学POF-eMIP双传感器代表了诊断工具开发的重要进展，为临床和急诊环境中的神经递质监测提供了低成本、快速、多功能的解决方案，未来在 cerebrospinal fluid（脑脊液）、saliva（唾液）等更多生理液体中的应用值得进一步探索。