Food Chem：核壳结构Cu@Pt纳米颗粒与L-半胱氨酸协同增强的电化学检测方法用于生物及食品样品中宽浓度范围褪黑素检测

      基于L-半胱氨酸（L-Cys）与核壳结构Cu@Pt双金属纳米颗粒（Cu@PtNPs）的协同信号放大作用，提出了一种用于检测褪黑素（MT）的电化学检测方法。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）等表征技术，证实了PL-Cys/Cu@PtNPs/GCE修饰电极的成功制备。该方法表现出优异的分析性能，检测限低至0.03 μmol/L，并在两个浓度区间（0.1–100.0 μmol/L和100.0–900.0 μmol/L）内呈现宽线性范围。方法的实际适用性在人血清及多种食品样品中得到了成功验证，回收率分别达到98.73%–99.67%和99.49%–108.57%，相对标准偏差低于6.85%。本工作的创新之处在于Cu@PtNPs与L-Cys的协同放大效应，以及应用密度泛函理论（DFT）计算阐释了MT的电氧化机理，证实其为一个2电子、1质子的转移过程。

• 材料设计与合成创新：将核壳结构Cu@PtNPs与L-半胱氨酸（L-Cys）相结合，利用两者在导电性、催化活性和分子富集方面的协同效应，显著提升了检测灵敏度。

• 优异的分析性能：检测限低至0.03 μmol/L，并实现宽范围双线性检测（0.1–100.0和100.0–900.0 μmol/L），覆盖生理与药理浓度区间，优于多数已有方法。

• 机理研究深入：首次结合密度泛函理论（DFT）计算阐明褪黑素电氧化机理，确认了2电子、1质子的转移过程，为理解反应路径提供了理论支撑。

• 实际应用验证充分：在人血清及多种果蔬汁中完成加标回收实验，回收率满意（98.73%–108.57%），并采用HPLC方法交叉验证，确保结果准确可靠。

• 制备方法简便环保：电沉积和电聚合过程快速、可控、低能耗，符合绿色化学和可持续发展理念。

流程图1. PL-Cys/Cu@PtNPs/GCE电化学检测褪黑素（MT）的制备及实际样品检测流程。

图1. （A）裸SPCE、（B）Cu@PtNPs/SPCE和（C）PL-Cys/Cu@PtNPs/SPCE在1 μm分辨率下的SEM图像；（D）PL-Cys/Cu@PtNPs/SPCE所含元素分布。PL-Cys/Cu@PtNPs/SPCE的XPS光谱：（E）全谱扫描；（F）Cu 2p；（G）Pt 4f。合成的Cu@PtNPs的TEM图像：（H）Cu核晶格条纹（2 nm）；（I）Cu@PtNPs的BET吸附-脱附曲线（插图为BJH吸附孔径分布图）；（J）Cu@PtNPs的XRD衍射图谱。

图2. （A）循环伏安（CV）表征图；（B）电化学阻抗谱（EIS）表征图（插图为等效电路）；（C）不同电极的等效电路图。

图3. （A）MT的HOMO（最高占据分子轨道）分布；（B）MT的电子云密度；（C）MT的电氧化机理。

图4. （A）PL-Cys/Cu@PtNPs/GCE在不同浓度MT溶液（0.1–100.0 μmol/L 和 100.0–900.0 μmol/L）中的DPV扫描曲线；（B）峰电流（IpIp）与MT浓度的线性拟合图。

     本研究成功构建了一种基于L-半胱氨酸与核壳结构Cu@Pt双金属纳米颗粒协同信号放大效应的褪黑素电化学检测新方法。通过SEM、XRD、TEM等表征手段证实了PL-Cys/Cu@PtNPs/GCE修饰电极的成功制备，该电极结合了Cu@PtNPs优异的导电性和催化活性以及L-Cys良好的生物相容性和分子富集能力，二者协同作用显著增强了电化学响应信号。在最优条件下，该方法表现出优异的分析性能，检测限低至0.03 μmol/L，并在0.1–100.0 μmol/L和100.0–900.0 μmol/L两个浓度区间内呈现良好的双线性响应，覆盖了褪黑素的生理与药理浓度范围。动力学研究表明，褪黑素在该电极表面的电氧化过程受吸附控制。机制研究方面，结合密度泛函理论计算与能斯特方程分析，首次阐明了褪黑素的电氧化机理，证实其活性中心位于吡咯环上的氮原子，反应过程涉及2个电子和1个质子的转移。在实际应用验证中，该方法在人血清及多种果蔬汁样品中均取得了满意的加标回收率（人血清98.73%–99.67%，食品样品99.49%–108.57%），且相对标准偏差低于6.85%，并与HPLC参考方法取得了良好的一致性，验证了该方法在复杂生物及食品基质中检测褪黑素的准确性、可靠性和实际应用潜力。此外，该修饰电极的制备过程仅涉及短时间的电沉积和电聚合，操作简便、能耗低、成本经济，具有良好的可重复性和抗干扰能力，为褪黑素的宽范围、高灵敏检测提供了一种简单高效的解决方案。

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