范穎 王成艷 葛慶梅 叢航

摘 要：利用瓜環(huán)基金屬有機(jī)框架Q［6］·HAuCl4與Au納米顆粒復(fù)合構(gòu)建了一種電化學(xué)傳感器GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4檢測(cè)尸胺，其中，大環(huán)化合物六元瓜環(huán)主要用于對(duì)尸胺的選擇性識(shí)別，HAuCl4和Au納米顆粒極大提高了DPV電化學(xué)響應(yīng)信號(hào)。該電化學(xué)傳感器與電解液中K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］氧化還原探針的綜合應(yīng)用，開發(fā)了一個(gè)新穎的無(wú)標(biāo)記定量檢測(cè)尸胺的電化學(xué)分析體系，具有穩(wěn)定性、選擇性和靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在0.6～10 μM線性范圍內(nèi)，檢出限達(dá)到0.03 μM。應(yīng)用該體系對(duì)枸杞酒中尸胺的檢測(cè)也具有良好的回收率，體現(xiàn)了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：瓜環(huán)；尸胺；電化學(xué)傳感器；無(wú)標(biāo)記分析

中圖分類號(hào)：O657.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1，5-戊二胺（圖1）是一種兩端帶有氨基基團(tuán)（—NH2）的天然生物分子，具有多種化學(xué)和生物活性的天然多胺，存在于人類、動(dòng)物、植物、細(xì)菌、真菌等微生物中 ［1］。1885年，德國(guó)醫(yī)生Ludwig Brieger提出［2］，1，5-戊二胺是一種最具特征的死亡氣味成分，是氨基酸在分解過(guò)程中脫羧產(chǎn)生的惡臭分子，尤其是神經(jīng)遞質(zhì)或激素，因此，被稱為尸胺。其廣泛分布于原核生物和真核生物中，是細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮重要作用的物質(zhì)之一。在植物中，尸胺參與調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、脅迫響應(yīng)和昆蟲防御等多種過(guò)程［3］。在動(dòng)物體中，尸胺可以釋放腎上腺素和去甲腎上腺素，刺激子宮、腸道運(yùn)動(dòng)神經(jīng)，還扮演控制胃酸分泌的角色。尸胺的形成也與動(dòng)物生長(zhǎng)和腫瘤的發(fā)生有關(guān)［4］。在化學(xué)工業(yè)方面，尸胺可用來(lái)代替六亞甲基二胺生產(chǎn)聚酰胺或聚氨酯［5］，可作為喹奧利齊丁生物堿生物合成的前體。尸胺還可以用于評(píng)價(jià)食品的新鮮或腐敗程度，其含量可作為衛(wèi)生質(zhì)量的指標(biāo)。食品中的尸胺被認(rèn)為對(duì)人類健康有潛在的危險(xiǎn)，對(duì)人體具有強(qiáng)烈的排斥作用，歐洲食品安全局已經(jīng)確認(rèn)腐胺（1，4-丁二胺，圖1）和尸胺是食品中最常見的生物分子之一［6］。因此，建立快速檢測(cè)尸胺的方法對(duì)食品安全具有重要意義［7］。目前，對(duì)于尸胺的鑒別和檢測(cè)的方法有生物傳感器［8］、氣相色譜-質(zhì)譜法［9］、電化學(xué)傳感器［10］、電泳［11］、高效液相色譜法［12］、比色法［13］等。尸胺缺乏發(fā)色團(tuán)，運(yùn)用光譜檢測(cè)需要衍生化，過(guò)程復(fù)雜，而電化學(xué)分析所需化學(xué)試劑和設(shè)備簡(jiǎn)單，靈敏度高，是一種快速、準(zhǔn)確、低成本的方法。

本文利用六元瓜環(huán)（Q［6］，圖1）作為大環(huán)主體，利用其與不同結(jié)構(gòu)胺分子的幾何匹配能力不同，實(shí)現(xiàn)了對(duì)尸胺的超分子識(shí)別，并應(yīng)用于電化學(xué)分析；為了提高靈敏度，利用具有良好導(dǎo)電性能的HAuCl4，與Q［6］形成金屬有機(jī)框架材料（mental-organic-frames， MOFs）Q［6］·HAuCl4，并且應(yīng)用納米金（AuNPs）作為信號(hào)放大器，制備了對(duì)尸胺高靈敏度、高選擇性的玻碳電極（GCE）基電化學(xué)傳感器GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4（圖1）。由于尸胺不具有電化學(xué)信號(hào)，在電解質(zhì)溶液中引入了電化學(xué)氧化還原可逆的K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］電對(duì)，構(gòu)建了新型的尸胺無(wú)標(biāo)記電化學(xué)分析方法，對(duì)該方法的分析性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器與試劑

巴謝特?zé)嶂胤治觯═GA）；BAS Epsilion E2-440（USA）電化學(xué)工作站；AuNPs溶液購(gòu)自南京欣福納米材料科技有限公司；HAuCl4·3H2O購(gòu)自Ionochem（北京，中國(guó)）；K3［Fe（CN）6］，K4［Fe（CN）6］、KH2PO4，K2HPO4·3H2O、濃鹽酸、無(wú)水乙醇、1，5-戊二胺、腐胺、組胺、酪胺等購(gòu)自上海阿拉丁生化科技有限公司；緩沖液為0.1 M磷酸鹽緩沖液（PBS， pH=7.4）。所有溶液均用去離子水（DW，18 MΩ·cm-1）配制；Q［6］·HAuCl4根據(jù)文獻(xiàn)［14］合成。

1.2 溶液的配置

根據(jù)緩沖溶液表配制0.1 M PBS（pH=7.4）緩沖溶液。在分析天平上稱量11.41 g K2HPO4·3H2O和6.80 g KH2PO4于500 mL的燒杯中，加去離子水溶解，轉(zhuǎn)移到500 mL容量瓶中。再往溶液中滴加微量濃鹽酸，通過(guò)pH計(jì)調(diào)節(jié)pH=7.4，得到0.1 M PBS（pH=7.4）緩沖溶液，貼好標(biāo)簽備用。

工作溶液的配置。在分析天平上分別稱取0.823 g K3［Fe（CN）6］、0.106 g K4［Fe（CN）6］和3.728 g KCl于500 mL的燒杯中，適量的去離子水超聲溶解，轉(zhuǎn)移至500 mL的容量瓶中，定容后得到含有0.1 M KCl的5 mM K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］黃色溶液作為工作溶液。

Q［6］·HAuCl4 復(fù)合物溶液的配制。在分析天平上分別稱量1、2、3、4、5、6 mg 的Q［6］·HAuCl4 復(fù)合物于5 mL試管中，取1 mL去離子水于各試管中，并加入5 μL Nafion溶液，超聲2 h后形成分布均勻的1、2、3、4、5、6 mg/mL的Q［6］·HAuCl4懸濁液。

分析物的配制。在分析天平上稱量0.044 g 1，5-戊二胺鹽酸鹽于25 mL燒杯中，加入適量 0.1 M PBS（pH=7.4）緩沖溶液溶解1，5-戊二胺鹽酸鹽，溶液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容后配制成0.01 M 1，5-戊二胺鹽酸鹽的母液，常溫下避光待用。干擾物（腐胺、組胺和酪胺）也配制成母液待用。

1.3 GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4修飾電極的制備

用少量氧化鋁（Al2O3）粉末拋光玻碳電極記為GCE（φ=3 mm），再分別用乙醇和去離子水超聲處理60 s，去除電極上吸附的雜質(zhì)直至電極表面光滑反光，烘干。將5 μL Q［6］溶液滴在電極表面，烘箱中60 ℃干燥，制備Q［6］修飾電極，標(biāo)記為GCE-Q［6］；將5 μL AuNPs溶液（0.1 mg/mL）滴在電極表面，60 ℃干燥，制備標(biāo)記為GCE-AuNPs的AuNPs修飾電極。5 μL Q［6］·HAuCl4 溶液覆蓋在修飾電極上，標(biāo)記為GCE-Q［6］·HAuCl4。同樣，5 μL AuNPs溶液（0.1 mg/mL）和不同濃度的Q［6］·HAuCl4 逐層修飾電極寫成GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4。

1.4 電化學(xué)方法

所有的電化學(xué)測(cè)量均在5 mM K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］（氧化還原探針）工作溶液中進(jìn)行，電位范圍為初始電位-0.2 V到終止電位+0.6 V，掃描速度為100 mV·s-1。應(yīng)用DPV測(cè)量時(shí)，進(jìn)步電位為5.0 mV，脈沖振幅為40 mV，脈沖寬度為250 ms。尸胺溶于0.1 M PBS（pH=7.4）溶液中，GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4 電極在不同濃度尸胺孵育20 min，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 Q［6］·HAuCl4復(fù)合物的表征

采用多種技術(shù)手段對(duì)所合成的Q［6］·HAuCl4材料進(jìn)行了表征。圖2（a）是Q［6］和Q［6］·HAuCl4的熱重分析圖。Q［6］表現(xiàn)為在129.1 ℃以下失掉11.8% 質(zhì)量的結(jié)晶水；在308.3 ℃開始發(fā)生熱分解，到581.1 ℃失去74.7%的質(zhì)量。Q［6］·HAuCl4的熱分解在342.7 ℃開始，分解溫度的升高說(shuō)明形成了MOFs結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性提高；到581.5 ℃材料失重52.8%，可計(jì)算得到Q［6］ 與HAuCl4的作用比接近1∶1。x射線衍射分析發(fā)現(xiàn)Q［6］的特征峰很明顯，而在Q［6］·HAuCl4復(fù)合物不具有游離的Q［6］物相，說(shuō)明HAuCl4與Q［6］的復(fù)合物形成（圖2（b））。

運(yùn)用電化學(xué)方法對(duì)制備的各種電極材料（GCE、GCE-Q［6］、GCE-Q［6］·HAuCl4和GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4）在氧化還原探針K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］中進(jìn)行了表征（圖3）。循環(huán)伏安曲線（CV）表明，各電極材料上的峰電流強(qiáng)度順序?yàn)椋篏CE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4>GCE>GCE-Q［6］·HAuCl4>GCE-Q［6］，說(shuō)明有機(jī)大環(huán)化合物Q［6］具有較強(qiáng)的絕緣性，而強(qiáng)導(dǎo)電能力的HAuCl4和AuNPs的引入，提高了電極的電化學(xué)響應(yīng)。

為了進(jìn)一步表征各種材料的電化學(xué)性能，對(duì)其交流阻抗性能進(jìn)行了測(cè)試（圖4）。擬合各材料的Nyquist實(shí)驗(yàn)值，得到GCE裸電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct=287.9 Ω（曲線（a）），當(dāng)修飾了Q［6］，電極的Rct急劇增加到8 898 Ω（曲線（b）），說(shuō)明六元瓜環(huán)具有很大的電阻；而復(fù)合材料Q［6］·HAuCl4修飾的玻碳電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻降到了988.5 Ω（曲線（c）），表明HAuCl4提高了材料的導(dǎo)電性能；在復(fù)合材料與電極表面之間插入AuNPs，Rct值降低至234.3 Ω（曲線（d）），因此，GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4電極具有最佳的電化學(xué)性能，傳感器構(gòu)建成功。

2.2 尸胺電化學(xué)分析性能

應(yīng)用構(gòu)建的電化學(xué)傳感器對(duì)尸胺進(jìn)行了定量檢測(cè)。將GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4置于一系列濃度尸胺中孵育20 min，分別測(cè)試DPV信號(hào)（圖5（a）），峰值電流強(qiáng)度與分析物濃度在0.6～10 μM范圍呈良好的線性關(guān)系，相應(yīng)的回歸方程I（μA）=-1.884 6C （μM）+30.642 （R2=0.987 9），檢出限為0.03 μM（圖5（b））。

在相同條件下，同一支修飾電極重復(fù)測(cè)量5次的結(jié)果表明，該傳感器的信號(hào)穩(wěn)定，重復(fù)性好（圖6（a））。分別制備6支GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4修飾電極，置于1.0×10-5 M濃度的尸胺溶液中孵育20 min后，應(yīng)用DPV考察傳感器檢測(cè)尸胺的電化學(xué)響應(yīng)重現(xiàn)性，經(jīng)過(guò)6次相同的步驟，檢測(cè)底物在這6支修飾電極上的DPV響應(yīng)差異不大，峰電流值的計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為3.2%（圖6（b）），表明構(gòu)建傳感具有很好的重現(xiàn)性。分別制備6支修飾電極，置于冰箱冷藏24 h，再測(cè)試這些電極對(duì)尸胺的DPV響應(yīng)，結(jié)果顯示DPV的響應(yīng)電流值波動(dòng)不大（圖6（c）），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差僅為7.0%，穩(wěn)定性好。

尸胺在生物樣品中的殘留會(huì)與多種生物胺共存，成為對(duì)尸胺檢測(cè)的干擾，因此，選擇了常見的腐胺、酪胺、組胺作為干擾物質(zhì)，考察它們對(duì)GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4檢測(cè)尸胺干擾性。結(jié)果如圖6（d）所示，在20倍濃度的腐胺、酪胺、組胺存在下，尸胺的DPV響應(yīng)電流值的變化很小，表明所構(gòu)建的電化學(xué)傳感器具有較好的抗干擾能力。

為評(píng)價(jià)該傳感器在實(shí)際檢測(cè)中的實(shí)用性和可行性，采用標(biāo)準(zhǔn)添加法對(duì)真實(shí)枸杞酒樣品（在保質(zhì)期內(nèi)）進(jìn)行尸胺分析。具體試驗(yàn)步驟為，取少量枸杞酒經(jīng)過(guò)0.45 μM濾膜過(guò)濾后，用0.1 M PBS溶液（pH=7.4）稀釋一定倍數(shù)，用于電化學(xué)分析，尸胺的標(biāo)示量與測(cè)定量之間的電化學(xué)信號(hào)相差不大，回收率在86.5%～104.3%之間（見表1）。表明修飾的GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4電極檢測(cè)結(jié)果比較可靠，可用于實(shí)際樣品中尸胺含量的有效測(cè)定。

3 結(jié)論

本文制備了新型的金屬有機(jī)骨架Q［6］·HAuCl4，運(yùn)用多種譜學(xué)技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行表征，并與AuNPs復(fù)合，構(gòu)建了玻碳電極基底的GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4電化學(xué)傳感器，考察了其電化學(xué)性能，并在K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］氧化還原探針溶液中開發(fā)了對(duì)尸胺的無(wú)標(biāo)記電化學(xué)定量分析方法，結(jié)果表明，體系的DPV信號(hào)對(duì)0.6～10 μM濃度的尸胺具有良好的線性關(guān)系，檢出限為0.03 μM；該傳感器具有穩(wěn)定性、重復(fù)性、重現(xiàn)性和抗干擾性。利用所構(gòu)建的GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4傳感器在枸杞酒真實(shí)樣品中檢測(cè)尸胺獲得良好的的回收率，可應(yīng)用于食品質(zhì)量評(píng)價(jià)等領(lǐng)域。

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（責(zé)任編輯：于慧梅）

A Label-Free Electrochemical Sensor Based on

Q［6］·HAuCl4/AuNPs for Cadaverine Detection

FAN Ying， WANG Chengyan， GE Qingmei， CONG Hang*

（Enterprise Technology Center of Guizhou Province， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract：

An electrochemical sensor， GCE-AuNPs-Q［6］·HAuCl4， was constructed to detect cadaverine with cucurbit［n］uril-based metal-organic framework Q［6］·HAuCl4 and Au nanoparticles. Q［6］ was used for selective recognition to cadaverine， while HAuCl4 and Au nanoparticles greatly improved the electrochemical signal in DPV. In the presence of K3［Fe（CN）6］/K4［Fe（CN）6］ redox probe in the electrolyte， the electrochemical sensor was developed for a novel label-free quantitative detection of cadaverine electrochemical analysis system， which had the advantages of stability， selectivity， high sensitivity and strong anti-interference ability， with a detection limit of 0.03 μM in the linear range of 0.6～10 μM. The application of this system for the detection of cadaverine in wine also afforded good recoveries， exhibiting practical application value.

Key words：

cucurbituril; cadaverine; electrochemical sensor; label-free analysis

收稿日期：2022-08-03

基金項(xiàng)目：貴州省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目（20201Y028）；貴州大學(xué)人才引進(jìn)資助項(xiàng)目（201902）

作者簡(jiǎn)介：范 穎（1979—），女，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，博士，研究方向：有機(jī)化學(xué)和超分子化學(xué)，E-mail：fy7679@126.com.

通訊作者：叢 航，E-mail：ecnuc@163.com.