用于多巴胺电化学传感的 PEDOT - 聚吡咯复合电极：开启神经递质检测新征程

《Scientific Reports》：Unveiling the PEDOT-polypyrrole hybrid electrode for the electrochemical sensing of dopamine

为解决多巴胺（DA）检测难题，研究人员开展了基于聚吡咯 / 聚（3,4 - 乙撑二氧噻吩）（PEDOT-PPy）薄膜电极的电化学传感研究。结果显示，该电极检测 DA 线性范围为 5 nM 至 200 μM，检测限低至 5 nM ，且选择性、稳定性良好，对相关疾病诊断意义重大。

　　在生命的舞台上，神经递质多巴胺（DA）扮演着极为关键的角色。它就像身体里的 “小信使”，不仅参与调节着睡眠 - 觉醒周期、运动、信息传递、感知、动机等重要生理活动，还与压力反应、学习、认知技能以及记忆紧密相连。一旦多巴胺的水平出现异常，就如同舞台秩序被打乱，各种生理疾病便会接踵而至，像帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病，以及高血压、心力衰竭等心血管疾病都与之相关。

目前，检测多巴胺的方法多种多样，比如分光光度法、毛细管电泳法、紫外光谱法和化学发光技术等。然而，这些方法却存在着诸多问题。其中，抗坏血酸（AA）的干扰尤为突出，它与多巴胺有着相似的氧化电位，就像两个长得很像的 “演员”，在检测过程中容易混淆，导致检测结果不准确。而电化学技术凭借着成本低、响应速度快、灵敏度高以及选择性好等优势，逐渐在多巴胺检测领域崭露头角。

为了更精准地检测多巴胺，来自斯里文卡特斯瓦拉工程学院（Sri Venkateswara College of Engineering）、韦尔科技多技术学院（Vel Tech Multi Tech Dr. Rangarajan Dr. Sakunthala Engineering College）、沙特国王大学（King Saud University）、哈利法科技大学（Khalifa University of Science and Technology）、SRM 科技学院（SRM Institute of Science and Technology）以及东国大学（Dongguk University - Seoul）等机构的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在聚吡咯 / 聚（3,4 - 乙撑二氧噻吩）（PEDOT-PPy）薄膜电极上，试图探索出一种更高效、更精准的多巴胺检测方法。这项研究成果发表在了《Scientific Reports》上，为多巴胺检测领域带来了新的曙光。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先是电化学聚合技术，通过该技术在玻碳电极（GCE）上制备出 PEDOT-PPy 混合结构薄膜电极；其次，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）分别对电极的功能和表面性质进行表征；最后，采用循环伏安法（CV）和差分脉冲伏安法（DPV）对电极检测多巴胺的性能进行电化学分析。

研究结果如下：

1. 电极材料的结构与性质：通过扫描电子显微镜（SEM）观察发现，PEDOT 表面粗糙，PPy 表面由球形和斑状颗粒聚集而成且具有多孔性，PEDOT-PPy 则呈现出粗糙的形貌，这种结构为传感应用提供了较大的表面积。傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表明，PEDOT-PPy 电极具备 PEDOT 和 PPy 的特征峰，证实了复合结构的形成。
2. 电极的电化学性能：循环伏安法（CV）测试显示，在 1 mM [Fe (CN)₆]^3-/4- 、0.1 M KCl 溶液中，扫描速率为 50 mV/s 时，PEDOT-PPy 修饰的玻碳电极（PEDOT-PPy/GCE）相较于裸玻碳电极以及 PEDOT、PPy 修饰的电极，还原峰电流大幅增加，达到 4.6 mA。电化学阻抗谱（EIS）研究表明，PEDOT-PPy-GCE 的电荷转移电阻（R_ct）较小，仅为 68 Ω，说明其导电性得到增强。同时，计算得出 PEDOT-PPy 修饰电极的电化学活性表面积（ECSA）为 0.21 cm² ，高于 PEDOT 和 PPy 修饰电极，这意味着其传感活性更强。
3. 多巴胺检测性能：在 0.1 M PBS 缓冲液（pH 7）、50 μM DA 溶液中进行循环伏安实验，PEDOT-PPy-GCE 电极对 DA 的检测表现出最大的电流响应，说明其催化活性、导电性和电活性表面积都有所提升。通过改变扫描速率研究发现，随着扫描速率从 10 mV/s 增加到 150 mV/s，DA 的还原和氧化电流增大，且氧化还原峰的移动表明该反应具有可逆性，同时根据峰电流与扫描速率平方根的关系可知，检测过程受扩散控制。利用 Randles-Sevcik 方程计算得出，PEDOT-PPy-GCE 传感器的多巴胺扩散系数为 1.3×10^-8 cm²/s。
4. pH 对检测的影响：通过差分脉冲伏安法（DPV）研究不同 pH 值对 DA 检测的影响，发现当 pH 从 4.0 增加到 7.0 时，电流值增大，这是因为随着 pH 升高，表面酸性基团的解离特性增强，电极表面与 DA 之间的静电吸引信号增强；而当 pH 继续升高时，由于 DA 质子的丢失，电流值减小。最终确定检测 DA 的最佳 pH 值为 7.0。
5. 检测限与灵敏度：利用 DPV 校准曲线研究 DA 的浓度检测范围，结果显示 DA 浓度在 5 nM 至 200 μM 之间呈线性关系，检测限（LOD）为 5 nM（S/N = 3）。在较低浓度范围（5 - 1000 nM）和较高浓度范围（10 - 200 μM），PEDOT-PPy-GCE 电极的灵敏度分别为 7.27 μA/μM cm²和 0.36 mA/μM cm² 。
6. 选择性与稳定性：干扰实验表明，在葡萄糖、尿酸、抗坏血酸、乙胺和没食子酸等干扰分子存在的情况下，PEDOT-PPy 电极对 DA 仍具有良好的选择性。连续 50 次循环的 DPV 测试以及每 5 天进行一次的重现性研究显示，该电极稳定性良好，在 60 天后仍能保持初始响应的 89%。此外，在血清样本中检测 DA 的实验表明，该传感器的回收率在 106% - 120% 之间，相对标准偏差（RSD，n = 3）小于 5%，适用于低水平 DA 的检测。

研究结论和讨论部分指出，该研究成功制备了 PEDOT-PPy 传感器电极，通过多种表征和测试手段全面研究了其对多巴胺的检测性能。该电极展现出宽检测范围、低检测限、高灵敏度、良好的选择性和稳定性等优势，在实际样本检测中也表现出色，为多巴胺相关疾病的诊断和监测提供了一种可靠的技术手段，具有重要的临床应用价值，有望推动神经递质检测领域的进一步发展。