基于聚(苯胺-3-氨基苯硼酸)的电化学传感器用于猪肉产品中微量多巴胺的高灵敏度检测

《Microchemical Journal》：Highly sensitive detection of trace dopamine in pork products using poly(aniline- co-3-aminophenylboronic acid)-based electrochemical sensor

　　

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  通过一步电化学沉积法制备了聚(ANI-APBA)复合材料。
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  通过硼酸-二醇识别技术检测到了多巴胺。
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  该传感器具有极宽的响应范围，为1.00×10^?11 M至1.00×10^?4 M。
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  其检测下限极低，为2.41×10^?12 M。
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  这种传感器简单、稳定、准确且选择性高。

引言

多巴胺作为一种重要的神经递质[1]、[2]、[3]，在哺乳动物的神经传导、心血管功能以及内分泌调节中起着关键作用[4]、[5]。正常人血液中的多巴胺浓度通常低于20 ng/mL^?1。近年来，研究发现多巴胺具有促进蛋白质合成、抑制脂肪堆积等生理作用，因此被非法用作“瘦肉剂”，添加到饲料中以提高饲料转化率并增加瘦肉产量[6]、[7]、[8]。这种滥用会导致动物源性食品中残留多巴胺，人类长期食用这类食品可能会引发心悸、头痛、血压异常甚至神经毒性等健康问题[9]、[10]。因此，为确保从饲料到最终食品的整个供应链安全，亟需建立灵敏可靠的多巴胺检测分析方法，这对于有效遏制其非法添加、保障食品安全具有重要的现实意义。

目前，用于检测多巴胺的分析方法有多种，包括薄层色谱法[11]、高效液相色谱法（HPLC）[12]、[13]、[14]以及色谱-质谱联用技术[15]。尽管这些方法精度较高，但存在分析时间长、仪器昂贵、样品预处理复杂以及不适合快速现场检测等缺点[16]、[17]。而电化学传感技术由于具有易于微型化、成本较低、响应迅速且操作简单的优点，为开发实时现场检测平台带来了巨大潜力[18]、[19]。目前多巴胺电化学传感的主要策略是利用其在工作电极上的直接氧化反应，通过改性材料提供丰富的催化活性位点，增强多巴胺分子与电极表面的相互作用。例如，氨基化二氧化硅被用来促进多巴胺的吸附[20]，而负载在碳载体上的铜基纳米粒子则可用于加速电子转移速率[21]。然而，食品样本中的复杂基质中含有许多电活性物质（如尿酸、抗坏血酸和儿茶酚），它们的氧化电位与多巴胺有很大重叠，这给检测的特异性和准确性带来了严峻挑战[22]、[23]、[24]。在食品安全监测中实现多巴胺的电化学检测是一个重要目标，而实现这一目标的关键在于开发具有高选择性的电极界面材料，硼酸酯形成机制则是克服这种电位重叠的主要策略。

为解决上述问题，本研究提出通过苯胺（ANI）与3-氨基苯基硼酸（APBA）的共聚反应修饰电极表面，构建一种用于检测多巴胺的新型电化学传感器。导电聚苯胺（聚(ANI)）框架能够有效提升电子转移速率，从而提高检测灵敏度[25]；同时，聚(3-氨基苯基硼酸)（聚(APBA)）则能提供特定的识别位点，因为其硼酸基团可以与多巴胺分子中的邻二醇结构发生可逆的酯化反应，形成稳定的五元环状复合物，进而实现对目标物质的选择性识别[17]、[26]。为避免直接检测的多巴胺氧化电位与干扰物质的信号发生重叠，可采用三价铁氰化钾（K₃Fe(CN)₆）这类氧化还原探针，间接且灵敏地监测多巴胺与电极表面聚(APBA)之间的特异性相互作用。先前的研究已经表明，聚（苯胺-共-3-氨基苯基硼酸）（Poly(ANI-APBA)）可用于检测抗坏血酸和糖类。通过这种共聚修饰方式，将导电聚合物的信号放大能力与硼酸的特异性分子识别功能相结合，所设计的电化学传感器有望进一步提升多巴胺定量检测的选择性和灵敏度。

在本研究中，基于经聚(ANI-APBA)修饰的玻璃碳电极（GCE），开发了一种用于检测多巴胺的电化学传感器。通过一步电沉积法在电极表面实现了ANI与APBA的共聚，再利用K₃Fe(CN)₆探针实现了对多巴胺的灵敏检测。对该聚(ANI-APBA)修饰电极进行了电化学阻抗谱（EIS）、方波伏安法（SWV）、循环伏安法（CV）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱以及拉曼光谱等表征分析。所设计的传感器具有检测下限低、检测范围宽、选择性高且稳定性好等优点，非常适合在复杂的食品基质中对多巴胺进行定量检测。

章节要点

化学品

多巴胺、三价铁氰化钾、苯胺、3-氨基苯基硼酸、磷酸二氢钠、盐酸、氯化钾、氯化钠以及其他试剂均购自上海阿拉丁生化科技有限公司（中国上海）。磷酸二氢钠和磷酸被用来配制浓度为0.10 M、pH值为4.5的磷酸盐缓冲溶液（PBS）。5.00 mM的三价铁氰化钾溶液以及不同浓度的多巴胺标准溶液也是用PBS配制的（浓度为0.1 M，pH值为4.5）。

聚(ANI-APBA)/GCE电极的制备

在……之前

聚(ANI-APBA)/GCE电极的制备与表征

聚(ANI-APBA)/GCE电极是通过循环伏安法对苯胺和3-氨基苯基硼酸进行电聚合而制得的。如图2A所示，在沉积过程的首次正向扫描时，出现在0.96 V处的明显氧化峰与苯胺和3-氨基苯基硼酸的特征氧化电位十分接近[16]、[28]，这说明这两种单体都在电极表面发生了氧化聚合反应，形成了聚(ANI-APBA)。在第一个循环的后续负向扫描中，出现了两个……

结论

本研究成功基于聚(ANI-APBA)/GCE电极开发出一种用于多巴胺监测的新型电化学传感器。通过聚(ANI)的共聚在电极表面直接合成了聚(ANI-APBA)复合材料，该材料具有高导电性的网络结构，同时还具备具有硼酸-二醇识别功能的聚(APBA)成分。利用聚(ANI-APBA)与多巴胺之间的特异性相互作用，通过……的衰减效应实现了多巴胺的定量检测。

CRediT作者贡献说明

石卓：撰写——初稿、验证、研究、正式分析、数据整理。郭宏远：撰写——初稿、指导、正式分析。傅晓阳：正式分析。宋霞宇：正式分析。赵秀：正式分析。吴锁柱：撰写——审阅与编辑、指导、资源协调、项目管理、方法设计、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了中国山西省基础研究计划的支持（项目编号：202103021224176）。

Zhuo Shi|Hongyuan Guo|Xiaoyang Fu|Xiayu Song|Xiu Zhao|Suozhu Wu