一种低干扰、佩戴舒适的可穿戴传感器，用于动态汗液监测

《Microchemical Journal》：A low-interference and highly comfortable wearable sensor for dynamic sweat monitoring

Ag/CuO纳米复合材料修饰的印刷碳电极成功制备了低成本、非酶、可 disposable电化学传感器，实现组胺快速检测，线性范围30-1000μM，检测限14.68μM，在葡萄酒和啤酒中验证了高准确性和重现性，为食品现场安全监测提供新方案。

　　本研究提出了一种基于银/氧化铜（Ag/CuO）纳米复合材料修饰的丝网印刷碳电极（SPE）的低成本、可重复使用且非酶促的电化学传感器，用于快速检测组胺。该传感器的开发不仅为食品安全提供了新的解决方案，也为现场检测提供了更加简便和高效的手段。组胺是一种由组氨酸脱羧基化产生的生物胺，广泛存在于食品中，尤其在发酵食品和饮料中更为常见。由于其在人体内参与多种生理和病理过程，如调节胃肠和循环功能、控制炎症反应、执行大脑功能和神经传导等，组胺的含量在人体血液和尿液中都有一定范围，但在某些情况下，如摄入高组胺含量的食品，可能导致组胺不耐受或中毒，引发一系列健康问题，包括偏头痛、头痛、高血压、心悸、腹泻、呕吐和黏膜灼伤等。因此，对食品中组胺含量的监测对于保障食品安全和消费者健康具有重要意义。

目前，虽然已有多种方法用于检测组胺，如气相色谱-质谱联用（GC–MS）、薄层色谱（TLC）、高效液相色谱（HPLC）、比色法和酶联免疫吸附测定（ELISA）等，但这些方法往往存在一定的局限性。例如，它们通常需要复杂的样品预处理步骤、较长的分析时间以及较高的操作成本。相比之下，电化学方法因其成本低、操作简便、响应速度快以及灵敏度高，成为一种更具前景的检测手段。组胺可以发生电化学氧化反应，因此利用电化学传感器进行组胺检测具有较高的可行性。

在电化学传感器的构建过程中，氧化铜（CuO）作为一种重要的非酶促电化学材料，因其p型半导体特性、较窄的能隙（约1.2电子伏特）、较大的比表面积、优异的化学稳定性和在较低电位下高效的电子转移能力而受到关注。CuO不仅在电化学传感器中表现出色，还因其独特的物理化学性质被广泛应用于其他领域，如电池、超级电容器、晶体管制造以及水处理技术，用于去除重金属和有机污染物。然而，在某些情况下，分析物与活性材料之间的相互作用可能限制传感器的性能。为了解决这一问题，研究人员通常会将贵金属纳米颗粒引入活性材料中，以增强其催化活性和电子转移能力。其中，银纳米颗粒（Ag）因其优异的导电性、催化活性和化学稳定性，成为传感器开发中的热门选择。此外，银纳米颗粒在废水处理中也被用于降解有害染料，这表明其在环境治理和化学反应中的广泛应用。

在本研究中，银纳米颗粒与氧化铜纳米颗粒的结合展现出显著的协同效应。这种协同作用可以有效提升传感器的吸附能力、电子转移速率和催化性能，从而提高检测的灵敏度和准确性。银纳米颗粒的纳米尺度特性使其具有较高的表面积与体积比，这一特性有助于增强电子转移和催化反应，使传感器在实际应用中表现出更好的性能。通过将银纳米颗粒锚定在氧化铜基电极上，不仅能够促进氧化铜与电极之间的电子转移，还能提升氧化铜与分析物分子之间的相互作用，从而增强传感器的整体性能。

为了构建这一传感器，研究人员首先制备了Ag/CuO纳米复合材料，并将其用于修饰丝网印刷碳电极。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS）和X射线光电子能谱（XPS）等手段对制备的材料进行了表征。表征结果显示，所制备的CuO材料呈现出片状结构，且其中均匀分散了约5纳米大小的银纳米颗粒。XRD分析进一步表明，CuO-syn和Ag/CuO-syn材料均具有单斜晶系的氧化铜结构，而XPS结果则显示，Ag/CuO-syn材料的表面吸附氧物种有所增加，这可能与其较高的催化活性和电子转移效率有关。

在电化学性能方面，研究人员使用循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）对组胺在Ag/CuO-SPE上的电化学行为进行了详细研究。实验结果表明，银纳米颗粒的引入显著增强了氧化铜的电子转移能力和催化活性，使传感器在检测组胺时表现出更高的灵敏度和响应速度。此外，该传感器的检测范围较广，可以在30至100微摩尔和100至1000微摩尔的范围内实现线性检测，其检测下限为14.68微摩尔。这一性能使得该传感器在实际应用中具有较高的实用性，尤其是在食品检测领域。

为了验证该传感器的实际应用价值，研究人员将其用于检测葡萄酒和啤酒样品中的组胺含量。实验结果表明，该传感器能够提供高精度和高重现性的检测数据，证明了其在食品检测中的可行性。相比于以往的传感器系统，本研究提出的Ag/CuO-SPE传感器不仅在结构上更为新颖，而且在操作简便性和检测灵敏度方面也表现出明显的优势。此外，该传感器具有可重复使用和低成本的特点，这使其在实际应用中更具推广价值。

本研究的成果为食品安全监测提供了一种新的解决方案。该传感器不仅能够在现场快速检测组胺含量，还能有效降低检测成本，提高检测效率。对于食品行业而言，组胺含量的监测是保障食品质量和安全的重要环节，尤其是在食品加工、储存和运输过程中，组胺的产生与积累可能对食品品质产生负面影响。因此，开发一种能够快速、准确检测组胺含量的传感器对于食品行业的质量控制和安全监管具有重要意义。

从技术角度来看，本研究的创新点在于将银纳米颗粒与氧化铜纳米颗粒结合，形成一种新型的纳米复合材料，并将其用于修饰丝网印刷碳电极。这种修饰方式不仅能够提升传感器的性能，还能保持丝网印刷碳电极的低成本和可重复使用性。此外，该传感器的非酶促特性使其在检测过程中无需依赖特定的酶，从而避免了酶的不稳定性和对环境条件的敏感性，提高了检测的稳定性和可靠性。

在实际应用中，该传感器的检测范围较广，能够覆盖不同浓度的组胺含量，这使其在多种食品检测场景中具有较强的适应性。同时，其检测下限较低，能够在较低浓度下实现准确检测，这有助于早期发现组胺超标的问题，从而及时采取措施防止食品安全事故的发生。此外，该传感器的高重现性也表明其在实际应用中具有较高的稳定性，能够保证检测结果的一致性。

综上所述，本研究提出了一种基于Ag/CuO纳米复合材料修饰的丝网印刷碳电极的非酶促电化学传感器，用于快速检测食品中的组胺含量。该传感器具有低成本、可重复使用、高灵敏度和高重现性的特点，能够满足食品行业对组胺检测的多样化需求。同时，该研究也为未来的食品安全监测技术提供了新的思路和方向，具有重要的科学价值和应用前景。