基于聚集诱导电化学发光活性聚合物点的高灵敏度槲皮素检测

《Analytica Chimica Acta》：Highly Sensitive Detection of Quercetin Based on Aggregation-Induced Electrochemiluminescence Active Polymer Dots

　　

摘要：

确保食物中适当的槲皮素 (Qn) 水平对于食品安全和人类健康至关重要。在本工作中，我们开发了一种用于 Qn 分析的灵敏电化学发光 (ECL) 传感平台，利用聚集诱导 ECL (AIECL) 活性聚合物点 (Pdots) 作为发光体。受益于聚集态下分子间运动的限制，制备的 Pdots 表现出高效的 ECL 发射。引入 Qn 后，ECL 信号通过双路径电子和/或能量转移机制被有效猝灭。这种“信号开 - 关”策略实现了超灵敏和高选择性的 Qn 检测，线性范围宽达 0.1 nM 至 1.0 mM，检测限低至 41 pM。该传感器成功应用于各种真实食品样品中 Qn 的测定，回收率令人满意。这项工作不仅为 Qn 监测提供了一种可靠的方法，还突显了其在推进食品安全方面的潜力。

引言

槲皮素 (Qn，名为 3,3,4,5,7-五羟基黄酮) 是一种天然存在的多酚类化合物亚类，富含于水果和蔬菜的根、茎、叶、花、种子中 [1]，被认为具有广泛的生物活性，尤其是抗菌、抗病毒、抗氧化、抗炎和心脏保护作用 [2]，[3]。此外，Qn 在治疗迟发性运动障碍、神经系统疾病和一些免疫介导性疾病方面显示出潜在的治疗潜力 [4]。最近的研究表明，Qn 在预防各种类型的癌症方面也有潜在益处，如白血病以及膀胱、食管和肝癌 [5]。然而，过量摄入 Qn 会对人类健康产生不利影响，包括呕吐、低钾血症和高血压 [6]，这源于人体无法内源性合成 Qn，且人体内上限设定为 945 mg/m³ [5]。因此，准确测定天然农产品中的 Qn 水平对于确保 Qn 声称的安全摄入量至关重要。

迄今为止，已报道了多种方法用于 Qn 的定量，包括高效液相色谱 [7]、电化学 [8]、UV-vis [9] 和荧光 [10] 光谱法。然而，由于 Qn 在水中的溶解度极低 (仅 0.01 mg/mL) [11]，这些方法的分析灵敏度和选择性难以提高，从而限制了它们的广泛应用。电化学发光 (ECL) 结合了电化学和化学发光的优点，表现出低背景信号、高灵敏度和优异的空间时间可操作性 [12]，[13]，[14]，[15]，[16]，[17]，[18]。作为一种分析技术，ECL 已成功应用于包括生物传感、环境分析、食品安全、单实体显微镜成像和生物医学在内的各个领域 [19]，[20]，[21]，[22]，[23]，[24]，[25]，[26]，[27]。值得注意的是，最近出现的聚集诱导 ECL (AIECL) 由于其聚集态下的高 ECL 效率而引起了广泛关注 [28]，[29]，[30]，[31]，[32]，[33]。特别是，基于聚合物点 (Pdots) 的 AIECL 由于其可设计的分子结构、良好的生物相容性和信号放大效应而脱颖而出 [34]，[35]，[36]，[37]，[38]，[39]，[40]。例如，Wang 等人报道了含四苯乙烯的 Pdots 用于天然水中 UO₂²⁺ 的痕量检测 [41]。Feng 等人报道了 AIECL 活性 Pdots 用于血糖的成像检测 [42]。Xu 等人报道了一种用于前列腺特异性抗原成像分析的 ECL 传感器，使用 AIECL 活性 Pdots 作为发光体 [43]。尽管有这些进展，大多数报道的传感器通常依赖于功能化 Pdots 修饰电极上的多步组装，这很复杂、昂贵且耗时，限制了它们的实际用途。因此，开发基于 Pdots 的 AIECL 传感器直接分析 Qn 具有重要意义，但迄今为止尚未见报道。

在本工作中，我们首先合成了共轭芴 - 四苯乙烯聚合物，并通过一步简单的纳米沉淀法进一步制备了表现出 AIECL 行为的 Pdots。基于此类 Pdots 作为发光体，我们设计了一种超灵敏的“开 - 关”型 ECL 传感器，用于通过双路径电子和/或能量转移机制准确监测食品中的 Qn。由于存在双路径猝灭机制：(1) 共反应物自由基阳离子 TEA^•+ 和 Qn 之间的电子转移导致 TEA^•+ 中间体的消耗；(2) 以及 Qn 吸收光谱和 Pdots 的 ECL 光谱之间的能量转移重叠。上述高效的双路径电子和/或能量转移过程可以发生并猝灭 Pdots 的 ECL 信号，导致“关”态 (Scheme 1)。所构建传感器的 ECL 强度在 1.0 × 10^?10 - 1.0 × 10^-3 M 范围内与 Qn 浓度呈线性依赖关系，计算出的检测限 (LOD) 为 41 pM (3σ/k)。此外，食品样品的加标回收率范围为 95.44% 至 107.50%，相对标准偏差 (RSD) 小于 5%，表明该传感器在真实样品分析中具有潜力。

章节片段

材料

槲皮素 (Qn) 和吲哚 (Ind) 由上海国药化学试剂有限公司 (中国上海) 提供。三乙胺 (TEA)、三丙胺 (TPrA)、三乙醇胺 (TEOA) 和氯霉素 (Cap) 购自 Titan Scientific Co., Ltd. (中国上海)。原卟啉 (Ppr) 和多巴胺 (DA) 购自阿拉丁生物技术有限公司 (中国上海)。茶碱 (Tpl)、茶氨酸 (The)、香豆酸 (CA) 和单宁酸 (TA) 购自 Macklin

聚合物的 AIE 行为

首先在具有不同水含量 (fws) 的 THF/H₂O 混合物中探索了 PL 效应与聚合物聚集行为之间的关系。如图 S1 所示，当 fw 低于 70% 时，聚合物表现出微弱的 PL 信号且几乎保持不变。当 fw 超过 70% 时，PL 信号明显增加。随着 fw 增加，PL 强度进一步增加，直到 fw = 95% 时达到最大值。此外，当 fw = 99% 时观察到 PL 强度下降，这可能是由于

结论

总之，我们开发了一种基于 AIECL Pdots 的传感平台，用于食品样品中 Qn 的超灵敏分析。通过双路径电子和/或能量转移过程，所开发的传感器实现了优异的分析性能，具有高灵敏度、优异的选择性和 41 pM 的超低检测限。此外，该平台在食品基质分析中的实际适用性已得到验证。总的来说，这项工作不仅提出了一种简单且高度

CRediT 作者贡献声明

高航：写作 – 审查与编辑，写作 – 原稿，项目管理，资金获取，概念化。王伟：资源，项目管理，方法论。王玉浩：方法论，调查。王仲杰：方法论，调查，形式分析，数据整理。王仲夏：写作 – 审查与编辑，写作 – 原稿，项目管理。郭阳：可视化，方法论，调查

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，可能会影响本论文中报道的工作。

致谢

这项工作得到了 国家自然科学基金 (12304099 和 22204075)、生命分析化学国家重点实验室 (SKLACLS2513) 以及扬州绿扬金凤人才计划的支持。

王仲杰 | 王玉浩 | 郭阳 | 王仲夏 | 王伟 | 高航

中国江苏省盐城市 224051 盐城工学院材料科学与工程学院