Anal Chem：基于二茂铁/PEDOT:PSS-PPy无标记分子印迹电化学传感器超灵敏检测氨基酸

氨基酸作为蛋白质的基本构成单元，是支撑生物生命活动的关键物质，已有研究表明，氨基酸代谢紊乱与多种疾病密切相关 。例如，L-色氨酸（L-Try）代谢异常可能引发幻觉、阿尔茨海默病以及精神分裂症；而体内 L-酪氨酸（L-Tyr）浓度的异常，则可能导致酪氨酸血症、肝脏疾病以及神经精神性障碍。因此，灵敏监测氨基酸浓度的变化，对于各类疾病的早期诊断、治疗以及预后评估都具有重要意义。在过去研究人员将分子印迹技术（MIP）与电化学技术相结合用于氨基酸检测，这些传感器通常采用“类标记”模式，在基底材料上修饰具备特定识别功能的 MIP 聚合物，以此构建电化学传感平台。当氨基酸在传感界面被印迹空腔特异性识别后，氨基酸自身直接作为传感信号用于定量检测，但这种模式存在电活性差、氧化电位高等问题，从而导致检测限不理想、灵敏度低、检测范围较窄。

为了解决这些问题，首都师范大学马占芳、韩洪亮团队提出了一种基于Fc/(PEDOT:PSS)-(PPy)底物的无标记模式分子印迹聚合物（MIP）传感器，用于高灵敏度检测氨基酸。这种导电基底是通过原位聚合合成的，大量的二茂铁分子为高灵敏度MIP传感器提供了强电化学信号，随后，通过静电吸附作用将具有特定识别腔的MIP聚合物固定在基底表面，构建了一个无标记模式的氨基酸MIP传感器。其定量原理在于氨基酸对印迹腔的特定识别和占据，这增加了传感器的阻抗，有效地降低了二茂铁的传感信号。为了验证该模式的可行性，选择了L-酪氨酸作为目标分析物，构建了无标记模式MIP/Fc/PEDOT:PSS-PPy/GCE传感器。与类标记模式MIP传感器相比，所提出的无标记传感器的检测限低了3个数量级，线性范围扩大了3个数量级，灵敏度提高了4倍以上，证明了该研究为通过MIP电化学传感器实现氨基酸的高灵敏度检测提供了一种可靠的策略。

• 导电基底创新：通过原位聚合构建二茂铁（Fc）/PEDOT:PSS-PPy复合基底，PEDOT:PSS与PPy通过静电吸附形成三维多孔网络，二茂铁通过π-π作用掺杂于聚合物中提供强电化学信号。

• 检测机制突破：当目标氨基酸（以L-酪氨酸为模型）占据印迹空穴后，系统阻抗增加导致Fc信号降低，可以有效解决氨基酸自身电活性弱的问题。

• 检测性能卓越：宽的线性范围（100 pM-5 mM）；检出限低至2.31×10⁻¹¹ M；在10倍浓度D-酪氨酸、葡萄糖、抗坏血酸等干扰物存在下信号波动<5%；在人血清样本检测回收率达95%-106%，与HPLC结果误差<4.38%。

图 1. (A) MIP合成的示意图  (B) 无标记模式MIP传感器的示意图

图 2. (A-E) 导电基底Fc/PEDOT:PSS-PPy的元素映射图像和 (F) EDX分析

图 3. (A) Fc/PEDOT:PSS-PPy的XPS全谱图；(B) S 2p (C) N 1s (D) Fe 2p的高分辨XPS谱图。

图 4. (A) PEDOT:PSS、(B) PEDOT:PSS-PPy、 (C) Fc/PEDOT:PSSPPy、(D) NIP、(E) MIP-L-Tyr和(F) MIP的SEM图像。

图 5. (A-B) FTIR光谱; (C) XRD图；(D) Zeta电位; (E) UV光谱 (a) MIP-Tyr； (b) MIP； (c) NIP；(F) 在含有5 mM [Fe(CN)₆] ^4-/3-和0.1 M KCI的0.01 M PBS溶液中的CV曲线 (a) 洗脱前的MIP-L-Tyr/Fc/PEDOT:PSS-PPy；(b) 洗脱前NIP-L-Tyr/Fc/PEDOT:PSS−PPy； (c) 洗脱后的NIP-L-Tyr/Fc/PEDOT:PSS−PPy； (d) 洗脱后MIP-L-Tyr/Fc/PEDOT:PSS−PPy。

图 6. 实验条件优化。(A) (PEDOT:PSS):(Py)体积比；(B) Fc的最佳浓度；(C) 模板(L-Tyr)与单体(MAA，AA)最佳摩尔比；(D)孵育时间。

图 7. 在含有5 mM [Fe(CN)₆] ^4-/3-和0.1 M KCI溶液中不同修饰电极的 (A) CV和(B) EIS图；(a) 裸GCE； (b) PEDOT:PSS−PPy/GCE； (c) Fc/PEDOT:PSS−PPy/GCE； (d) 模板洗脱前MIP-L-Tyr/Fc/PEDOT:PSS−PPy/GCE； (e) 模板洗脱后MIP/Fc/PEDOT:PSS−PPy/GCE； (f) MIP/Fc/PEDOT:PSS−PPy/GCE再结合L-Tyr溶液；(C) 不同扫速下的CV曲线；(D)CV响应与v^1/2线性关系。

表 1. 不同修饰电极的活性表面积。

图 8. (A) 无标记模式MIP/Fc/ PEDOT:PSS−PPy/GCE对不同浓度L-Tyr的CV电流响应；(B) 电流响应与浓度对数的线性校准曲线；(C) 类标记模式MIP/PEDOT:PSS−PPy/GCE对不同浓度L-Tyr的CV电流响应；  (D) 电流响应与浓度对数的线性校准曲线。

图 9. (A) 在10倍干扰物存在的情况下MIP和NIP传感器对L-Tyr的特异性检测；(B) 连续5周检测传感器的稳定性；(C) 使用三根不同电极来验证再现性。

表 2. 该传感器与HPLC检测结果的比较。

表 3. 利用该传感器测定了血清样品中L-Tyr回收率。

本文设计了一种以L-Tyr作为目标分析物，构建了无标记模式MIP/Fc/PEDOT:PSS−PPy传感器，该模式解决了低灵敏度和低检出限以及当前类标记模式MIP传感器的线性范围较窄的问题，与以往的传感器相比，无标记模式MIP传感器的检出限降低了3个数量级，线性范围提高了3个数量级，灵敏度提高了4倍以上。总体而言， 无标记模式MIP电化学传感器在氨基酸敏感检测和筛选方面具有广阔的应用前景，同时在生物医学、环境检测和食品安全等领域提供了新的策略。

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