机器学习优化的分子印迹电化学发光平台用于超灵敏选择性检测5-羟色胺及其在抑郁症诊断中的应用

本刊推荐：本研究创新性地构建了一种基于AuNPs/Poly-(L-Arg)/rGO纳米复合材料的分子印迹电化学发光（MIP-ECL）传感器，通过正交实验设计（OED）与贝叶斯优化（BO）的XGBoost回归模型智能调控印迹腔占有率，实现了对抑郁症关键标志物5-羟色胺（5-HT）的超灵敏检测（检测限达7.04 nM）。该传感器在胎牛血清样本中展现出卓越的抗干扰性与重现性，为神经递质精准检测提供了新范式。

　　

Highlight

试剂与仪器

氯金酸（HAuCl₄, 99%）和氧化石墨烯（GO）购自南京先丰纳米科技有限公司。5-羟色胺盐酸盐（5-HT, ≥98%）源自上海源叶生物科技有限公司。L-精氨酸（L-Arg, 99%）、邻苯二胺（O-PD, 99.5%）、三(2,2'-联吡啶)二氯化钌(II)六水合物（Ru(bpy)₃²⁺）、过硫酸钾（K₂S₂O₈）、多巴胺盐酸盐（DA, 98%）、肾上腺素盐酸盐（EP, ≥98%）、对乙酰氨基酚（AP, 98%）和无水乙醇均购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。所有实验用水均为超纯水（18.25 MΩ·cm）。电化学测量使用CHI760E电化学工作站（上海辰华仪器有限公司），电化学发光信号通过MPI-EII分析系统（西安瑞迈分析仪器有限责任公司）记录，采用三电极体系：修饰玻碳电极（GCE）为工作电极，铂丝为对电极，Ag/AgCl（饱和KCl）为参比电极。

修饰电极表征

如图2a所示，AuNPs/Poly-(L-Arg)/rGO/GCE电极表面呈现明显褶皱形貌，表明Poly-(L-Arg)/rGO复合膜成功修饰于电极。尽管氧化石墨烯（GO）因富含含氧官能团而导电性差，但还原为rGO部分恢复了石墨烯的共轭结构，显著提升电子传输效率，从而改善电极导电性。

结论

针对单胺类神经递质5-HT的超灵敏特异性分子印迹传感平台成功开发。分子印迹聚合物通过电沉积方式修饰于AuNPs/Poly-(L-Arg)/rGO/GCE电极表面，模板分子去除后形成特异性5-HT识别印迹腔。随后采用BO-XGBoost算法对MIP传感器制备过程中四个关键参数进行建模优化，获得最优实验参数组合。基于Ru(bpy)₃²⁺/K₂S₂O₈氧化还原体系的阴极电化学发光实现了0.01–100 μM浓度范围内5-HT的线性检测，检测限低至7.04 nM，ECL强度与5-HT浓度对数呈现显著负相关（R² = 0.99）。该传感器表现出优异抗干扰能力、重复性和重现性，并成功应用于加标胎牛血清样本中5-HT的精准检测。