基于双功能单体的马尿酸分子印迹电化学传感器：实现高灵敏检测与生物监测应用

本文开发了一种以苯胺（ANI）和邻苯二胺（o-PD）为双功能单体、金纳米粒子修饰电极为基底的分子印迹聚合物（MIPs）电化学传感器，用于高灵敏、高选择性检测甲苯暴露生物标志物马尿酸（HA）。该传感器在0–10,000 nM范围内表现出优异线性（R2 = 0.983）和0.64 nM的低检测限，具备良好特异性、重复性和稳定性，与高效液相色谱法（HPLC）高度一致，在生物监测中具有重要应用潜力。

　　

Highlight

本研究亮点在于采用苯胺（ANI）和邻苯二胺（o-PD）作为双功能单体，通过电聚合法在金纳米粒子（AuNPs）修饰的丝网印刷电极（SPE）表面构建分子印迹聚合物（MIPs）薄膜，实现了对马尿酸（HA）的高性能检测。ANI的强给电子特性与AuNPs的优异电子传输能力协同作用，显著提高了传感器灵敏度；双单体系统提供了更丰富的识别位点与功能基团，拓宽了检测线性范围并增强了识别特异性。

Introduction

甲苯是一种无色透明、易挥发的有机化合物（VOC），广泛存在于油漆、洗涤剂和粘合剂等产品中。长期接触甲苯可影响神经、呼吸系统及肝肾功能，并具有皮肤刺激和生殖毒性。吸入体内的甲苯经肝脏代谢为苯甲酸，在苯甲酸转移酶催化下与甘氨酸结合形成马尿酸（HA），最终通过尿液排出。因此，尿液中HA浓度是评估甲苯暴露的重要生物标志物。美国工业卫生学家协会（ACGIH）指出，尿HA浓度超过2 mg/mL表明存在慢性甲苯暴露。开发便捷、快速、灵敏的HA检测方法对公共健康保护具有重要意义。

当前HA检测方法包括高效液相色谱（HPLC）、质谱（MS）和比色法等，但这些技术设备昂贵、操作复杂，难以用于现场快速分析。电化学传感器因响应快、灵敏度高、操作简便而受到广泛关注。然而，在复杂生物环境中实现目标物的特异性识别仍是一大挑战。

为提高选择性，分子印迹聚合物（MIPs）被引入电化学传感中，其具有特异性识别空腔和环境友好的制备过程。常见的分子印迹电化学传感器（MIECS）制备方法包括自组装、溶胶-凝胶法、本体聚合和电聚合等。其中，电聚合法可精确控制MIPs膜厚，形成稳定均匀的聚合物薄膜，有助于提升传感性能。已有研究报道将MIECS用于人体生物标志物和代谢物检测，例如实时监测氨基酸摄入、检测免疫球蛋白G（IgG）以及多人血清成分的同时定量等。MIECS还广泛应用于食品安全和药物检测等领域。

尽管MIPs显著提升了传感器的识别能力，但现有MIECS多采用单一功能单体，功能多样性有限，可能导致结合亲和力降低、印迹位点减少和识别性能下降。引入第二功能单体是解决这一问题的有效策略。双功能单体可增加印迹位点数量、丰富功能基团多样性，从而提高目标识别能力和传感器选择性。此外，双单体之间的协同作用有助于提高薄膜稳定性和模板分子洗脱效率。例如，已有研究采用甲基丙烯酸（MAA）和烯丙胺双单体系统检测牛奶中的磺胺类药物，或使用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）和适配体（Apt）实现奎宁的荧光传感。这些研究表明基于双功能单体的分子印迹策略在目标物识别与检测中具有巨大潜力。

在众多功能单体中，苯胺（ANI）具有强给电子特性，可增强与目标分子的电子相互作用，提高电化学信号强度。此外，ANI易于功能化，适用于多种电化学应用。邻苯二胺（o-PD）可通过电聚合法在电极表面形成坚固的聚合物薄膜，具有优异的化学和机械稳定性。因此，将ANI和o-PD作为双功能单体用于MIPs，不仅可增加印迹位点多样性，还能扩展传感器的灵敏度与线性检测范围，同时保证长期操作稳定性。

基于以上考虑，本研究开发了一种新型双功能单体MIECS，用于HA的特异性和高灵敏度检测。首先，通过电化学沉积在SPE上修饰AuNPs以促进电子转移；随后，以HA为模板分子，ANI和o-PD为双功能单体，通过电聚合法制备分子印迹传感器（MIPs/AuNPs/SPE）。系统优化了模板与单体摩尔比、聚合溶液pH、扫描速率、扫描圈数以及HA洗脱和吸附时间等关键参数。与单单体传感器相比，基于双功能单体的MIECS表现出更强的信号响应和更宽的线性检测范围，适用于不同样本类型和浓度区间的检测需求。

Conclusion

总之，本研究成功开发了一种以ANI和o-PD为双功能单体的MIECS，用于HA的定量检测。双功能单体的引入提高了印迹位点的密度和多样性，其协同作用增强了对HA的亲和力和选择性。通过电聚合法形成的MIPs薄膜制备简单、稳定性高。与单功能单体传感器相比，双功能MIPs/AuNPs/SPE传感器在灵敏度、线性范围和实际样本检测中表现出更优的性能。