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本文推荐一种基于异丙基黄原酸钠（SIPX）的新型、简单、快速且经济高效的紫外-可见（UV-Vis）光谱传感平台，用于检测具有重要生理和毒理学作用的生物胺——2-苯乙胺（2-PEA）。该探针在复杂生物样本（如人血浆）中表现出对2-PEA的高选择性和良好线性响应（0.4–50 mM），为传统分析方法（如HPLC、质谱）提供了一种有前景的替代方案，在生物医学检测和食品安全领域具有应用潜力。
1 引言
2-苯乙胺（2-PEA）是一种芳香族生物胺，由L-苯丙氨酸经酶促脱羧生成，在化学结构上与多巴胺、血清素等单胺类神经递质相似。它被归类为痕量胺，在脊椎动物神经系统中自然合成，也存在于发酵过程中。作为一种神经递质和神经调质，2-PEA通过痕量胺相关受体（TAARs）影响多巴胺能、血清素能和肾上腺素能通路，调节情绪、警觉性、精力和认知功能，因此被称为“内源性安非他明”。在中枢神经系统中，2-PEA可促进多巴胺、去甲肾上腺素等儿茶酚胺的释放，可能产生抗抑郁和精神兴奋作用。然而，2-PEA水平的变化会导致多种神经和精神疾病，包括抑郁症、精神分裂症、帕金森病和注意力缺陷多动障碍（ADHD）。此外，2-PEA也存在于各种发酵食品（如奶酪、肉类、鱼类、葡萄酒和巧克力）中。其浓度受pH值、前体氨基酸存在、发酵时间和微生物种类等多种因素影响。因此，开发一种简单、快速、灵敏的2-PEA定量方法显得尤为迫切。
传统的分析方法，如质谱、高效液相色谱（HPLC）和毛细管电泳，虽然能够检测2-PEA，但分析时间长、试剂昂贵且有害、样品制备复杂、需要高技能操作人员等显著缺点限制了其广泛应用。因此，近年来研究人员越来越关注开发具有简单、快速和经济优势的分析方法，特别是紫外-可见（UV-Vis）检测法。
在此背景下，高效光学探针的设计和选择对测定灵敏度和选择性至关重要。在各种有机和有机硫试剂中，异丙基黄原酸钠（SIPX）作为一种有前途的光响应化合物受到关注。SIPX是一种有机硫盐（C4H7NaOS2），其含硫官能团具有强电子跃迁，导致在紫外区出现特征吸收峰。它在近中性pH范围（7–8）内表现出良好的溶解性和化学稳定性，其紫外-可见光谱在约231和304 nm处有两个特征吸收带，分别归因于黄原酸盐基团内的n→σ和n→π跃迁。SIPX强大且明确的光学响应，加上其在水介质中的稳定性和易用性，使其成为光学探针开发的合适候选者。本研究探讨了SIPX作为光学探针与目标分析物2-PEA在生理条件下的相互作用，并利用紫外-可见分光光度法进行研究。传感机制基于SIPX与2-PEA之间分子相互作用引起的光谱变化，从而实现对分析物的直接定量。据我们所知，这是首次报道使用SIPX作为光活性探针，用于生物和实际样本中2-PEA的灵敏快速检测。
2 实验
2.1 化学品与材料
实验中使用的组胺二盐酸盐（HDC）、尸胺二盐酸盐（CD）、1,4-二氨基丁烷（DAB）、2-PEA、亚精胺三盐酸盐（STC）和乙二胺（EDA）购自Sigma-Aldrich公司。SIPX购自Copolymer Inc.公司。乙腈购自Merck德国公司。人血浆样本来自伊朗输血研究中心。所有其他化学材料均为试剂级，按原样使用。
2.2 仪器
使用岛津UV-1800紫外-可见分光光度计进行分光光度研究。使用马尔文Zetasizer（型号MAL1032660）对合成的SIPX进行粒径分布分析和Zeta电位测量。离心过程使用实验室离心机在适当的转速和时长下进行。
2.3 实际样品制备
实际样品制备时，将冷冻人血浆与乙腈以1:1的比例混合，在8000 rpm下离心10分钟。离心后，小心收集上清液用于后续分析。
3 结果与讨论
3.1 2-PEA的区分检测
为了证明传感系统对2-PEA的选择性，评估了其对潜在干扰物（包括HDC、CD、DAB、STC和EDA）在最佳条件下的响应。如图1A和B所示，当将2-PEA加入系统时，SIPX的吸收波长发生变化，在256 nm处出现一个新的强吸收峰（见图1A中的红色圆圈）。与其他测试胺类的紫外-可见吸收响应相比，只有2-PEA在256 nm处改变了吸收光谱。缺乏芳香环的脂肪族胺在波长或吸光度上未产生显著变化。
SIPX/2-PEA混合物的紫外-可见光谱在256 nm处出现了一个新的吸收带，证实了电荷转移复合物的形成。SIPX与2-PEA之间的相互作用机制涉及化学和物理过程的结合，包括表面吸附、配位键和等离激元诱导的电荷转移。2-PEA的伯胺基团和芳香苯环都参与了这些相互作用：胺配位：2-PEA氮原子上的孤对电子可以与SIPX表面的硫原子配位，形成SIPX─N键。π-金属相互作用：苯环的离域π电子可能与SIPX发生弱相互作用，尽管这种贡献次于胺配位机制。
因此，所提出的吸附过程可归纳如下。SIPX支持局域表面等离子体共振（LSPR），其对局部介电环境的变化高度敏感。2-PEA吸附后，局部折射率发生变化，导致LSPR带发生红移。此外，可能发生两种潜在的电荷转移途径：光激发电子可能从SIPX转移到2-PEA的LUMO；或在较高电子密度下（在弱碱性条件下），电子可能从2-PEA转移到SIPX，部分还原表面黄原酸根离子。与2-PEA相互作用后，SIPX可能发生形态转变，特别是在光照或氧化条件下。此外，2-PEA可以作为桥接分子，通过SIPX实体之间的氢键或π-π堆积促进粒子间聚集。Zeta电位研究表明，SIPX/胺相互作用导致表面电荷减少，证实了SIPX内部的结构重排。当SIPX与胺溶液混合时，表面电荷幅度显著降低，而在没有相互作用时，观察到最小变化。总的来说，这些结果表明SIPX与2-PEA之间的反应可能通过形成黄原酸盐-胺复合物进行，其中SIPX的C═S基团与芳香族2-PEA的NH2基团相互作用，导致SIPX电子结构改变，并在256 nm处出现新的吸收带。总结来说，我们有一个伯芳基烷基胺（第一个图片中的含苯烷基胺）和O-异丙基黄原酸钠（第二个图片，iPrO─C(═S)–S?Na+）。两者之间一个合理的化学反应是形成相应的二硫代氨基甲酸酯（其钠盐），这是通过胺对黄原酸盐的硫代羰基碳进行亲核攻击，并置换出异丙氧基。为此，胺攻击O-烷基黄原酸盐的硫代羰基碳，形成四面体中间体，该中间体随着烷氧基的离去而坍塌，产生N-取代的二硫代氨基甲酸酯阴离子（Na+盐）。因此，以下反应是可能的：其中伯胺攻击黄原酸盐的C═S中心，置换出异丙氧基，产物是N-烷基二硫代氨基甲酸钠。质子转移将瞬态铵中间体转化为中性的N–H二硫代氨基甲酸酯，其在碱性条件下以其钠盐形式存在。FTIR光谱证实了这些结果。
3.2 SIPX的Zeta电位和DLS表征
DLS和Zeta电位结果用于验证分光光度法结果。Zeta电位分析揭示了SIPX在孵育并与2-PEA相互作用后表面电荷特性的明显变化。孵育前，该物质表现出中等负Zeta电位（-15.1 mV），这反映了一个相当稳定的胶体系统，其中静电排斥限制了粒子-粒子相互作用并最大程度减少了聚集。这种负电荷环境与相应DLS结果中观察到的均匀颗粒分布一致。然而，与2-PEA孵育后，Zeta电位急剧向中性移动（+0.173 mV），表明颗粒表面发生了显著的电荷中和。这种静电排斥的显著降低表明SIPX与分析物之间存在强烈的分子相互作用，可能涉及表面结合或官能团重排。接近中性的Zeta电位进一步意味着胶体稳定性降低，这与DLS检测到的多分散性增加和粒径分布变化相一致。总的来说，Zeta电位的这种转变为2-PEA存在下SIPX发生相互作用诱导的修饰和重组提供了有力证据。
SIPX的动态光散射（DLS）分析揭示了与2-PEA孵育前后的显著变化。孵育前，颗粒尺寸主要在65–115 nm范围内，只有一小部分出现在大得多的尺寸，表明有限的聚集。多分散指数（PDI = 0.390）表明分布相对均匀，基于数量和体积的分布证实大多数颗粒保持在纳米级范围内，表明系统稳定且分散良好。与2-PEA孵育后，粒径分布发生显著变化：Z-平均尺寸增加至约723 nm，PDI上升至0.768，反映了均匀性显著丧失和分散性增加。强度分布显示两个不同的群体：一部分小颗粒持续存在，而相当一部分出现在极小的尺寸。这些观察表明，与2-PEA的相互作用诱导了SIPX的部分解离或重组，改变了其尺寸和分布。总的来说，DLS数据表明分析物的存在强烈影响该物质的结构稳定性和聚集行为。
它们可能的相互作用示意图1所示。如图所示，胺氮上的孤对电子攻击黄原酸根阴离子的硫代羰基碳。这形成了一个四面体中间体。接着，O-异丙基以异丙氧基的形式离去，同时保留C─N键，产生N-质子化二硫代氨基甲酸酯。因为起始的黄原酸盐带有Na+，离去的烷氧基可以获取一个质子，因此在质子性处理条件下，副产物是异丙醇。所以，在反应条件（中性至弱碱性）下，最终的稳定物种是二硫代氨基甲酸酯阴离子的钠盐。需要指出的是，二硫代氨基甲酸酯阴离子是共振稳定的。
3.3 分析性能
开发的SIPX光学探针检测不同浓度2-PEA的应用在不同孵育时间下进行了测试。具体而言，传感分析的分析性能在0、60和120分钟的孵育时间下进行测量。在0分钟时，校准曲线表现出低斜率但高R2值。这表明系统在此早期阶段具有分析一致性。孵育60分钟后，传感系统的分析性能由于校准曲线斜率增加而提高。然而，R2在0分钟后下降表明不稳定或信号不完全均匀。在120分钟时，系统过渡到稳定或饱和阶段，斜率下降，R2值恢复到0.9737。这表明在256 nm处的吸光度在此阶段不再对目标浓度有响应。这些发现表明，SIPX-2-PEA的相互作用是时间依赖性的，从快速启动（0分钟）演变到最大动力学活性（60分钟），然后是稳定和电荷转移复合物形成阶段（120分钟）。
评估了分析物浓度在三个不同孵育时间（0、60和120分钟）的影响，以确定用于可靠定量2-PEA的最合适浓度范围。根据获得的校准参数，系统在0分钟时表现出最宽的线性动态范围（0.4–50 nM），且相关系数高（R2= 0.9946），表明SIPX与2-PEA之间无需长时间孵育即可发生快速光学相互作用。虽然在60分钟后回归斜率显著增加，表明更高的分析灵敏度，但线性范围变得明显更窄，R2值下降，限制了其对未知或宽浓度范围样品的适用性。120分钟后，分析性能进一步下降，表现为最小斜率和缩小的线性区间，证实了随着孵育时间延长信号响应性丧失。总的来说，零孵育时间下的0.4–50 mM浓度范围提供了最稳健和实用的分析窗口，保持了优异的线性、可接受的灵敏度和快速响应。这些发现表明，基于SIPX的传感系统在无需孵育时表现最佳，适用于快速、直接的2-PEA定量。
3.4 所报道探针的重现性分析
通过测量SIPX溶液在三天内的紫外-可见吸光度来评估所报道的光学探针SIPX的稳定性。为此，制备了包括低、中、高浓度在内的不同目标浓度，以评估基于不同浓度的稳定性。10 mM溶液在第1、2、3天的吸光度值分别为0.8421、0.7146和0.7182 a.u.，标准偏差为0.07257。2 nM溶液从第1天到第3天的吸光度分别为0.6962、0.6423和0.6324 a.u.，标准偏差为0.03434。0.4 mM浓度的吸光度值记录为0.5650、0.5635和0.4705 a.u.。此外，结果表明该浓度的标准偏差为0.05413。测试期间收集的吸光度数据在所有测试浓度下均呈下降趋势。对于10 mM溶液，从第1天到第3天的吸光度记录为0.8421、0.7146和0.7182，从第1天到第3天下降了约14.7%，该浓度的平均标准偏差计算为0.07257。在2 mM的中等浓度下，观察到吸光度为0.6962、0.6423和0.6324 a.u.，表明下降幅度较小，约为9.16%。值得注意的是，该浓度表现出最低的日间变异性，标准偏差为0.03434。最后，0.4 mM浓度经历了更大的下降，吸光度值从0.5650（第1天）下降到0.4705（第3天），损失约16.7%，产生的标准偏差为0.05413。上述结果表明SIPX光学探针的稳定性是浓度依赖性的。三天内吸光度的总体下降通常表明活性探针物种在储存条件下缓慢降解或物理不稳定，这在定量解释2-PEA的鉴定时必须加以考虑。在测量重现性方面，2 mM浓度在日间重复测量中表现出一致性最佳，显示出最低的标准偏差。这表明该浓度可能接近分子相互作用的最佳点或稳定饱和点。相反，最低和最高浓度对环境因素或降解过程表现出更高的敏感性，经历了最大的吸光度损失。因此，对于未来需要精确和可重复吸光度测量的实验，建议将2 mM SIPX浓度作为最佳操作点。
为评估日内重现性，在三个不同时间点对三种分析物浓度进行了紫外-可见吸光度测量。对于每种浓度，监测峰值强度以评估短期稳定性。吸光度数据的分析清楚地表明，不同的分析物浓度对探针的长期信号稳定性有深远影响。在分析物浓度为0.4 mM时，SIPX探针表现出最大的稳定性；此条件在120分钟的时间间隔内仅记录了微小且可接受的信号下降。这种优异的信号稳定性，加上最低的总标准偏差，证实了探针与分析物在此水平上的相互作用产生了最稳定、噪声最低的测量系统。相反，将分析物浓度提高到2和10 mM会引发严重的不稳定性。2 nM样品经历了急剧的信号增加，而10 mM样品显示出显著的波动。这些剧烈变化表明，在这些较高的分析物负载下，可能发生了副反应或物理变化，导致吸光度读数被人为夸大，并损害了2-PEA检测的可靠性。鉴于SIPX探针浓度是恒定的，结果明确证实0.4 mM的2-PEA是此时间依赖性分析的最佳操作浓度，因为它提供了最佳信号稳定性和最高的测量精度。
3.5 实际样品分析
为进一步评估光学探针SIPX的分析性能，在实际生物条件下进行了2-PEA的检测。为此，在含有不同浓度2-PEA的一系列样品中检测了血浆化合物对光学响应的潜在干扰。如图9所示，由于蛋白质和代谢物含量的存在，血浆在紫外区表现出强吸光度。虽然所有样品都存在背景信号，但光学信号的变化随着2-PEA的增加而增加。绘制了吸光度对2-PEA浓度的校准曲线，获得的线性回归方程为：y = 0.0119x + 0.4151。高相关系数（R2= 0.9978）证实传感系统呈现出一致的响应。
回顾和比较以往关于2-PEA检测和定量的研究对于理解分析方法的发展、识别其局限性以及将当前工作置于更广泛的领域背景中至关重要。表2总结了为2-PEA开发的各种分析方法。通过比较以往研究中的线性范围、检测限和样品类型，可以突出每种方法的优缺点。通过对比可以看出，本文研究的方法在操作简便性、分析速度和成本效益方面具有优势。本文开发了一种使用SIPX的简单快速光学传感方法，用于检测2-PEA。我们的平台表现出优异的灵敏度和宽线性范围，突出了其在真实样品分析中的应用价值。在线性范围和灵敏度方面，我们的方法涵盖0.4–50 mM，检测限为0.4 mM，使其适用于人血浆等生物样本。此外，SIPX探针对2-PEA具有良好的选择性。与某些通用色谱或提取方法相比，这是一个优势，因为后者可能需要完全分离以避免其他化合物的干扰。本文方法的优点包括分析快速、简单、成本低，并且适用于真实人体样本。此外，光学检测方法允许在没有专门或先进仪器的情况下进行测量。局限性包括与先进的HPLC和LC–MS/MS方法相比灵敏度较低。对于2-PEA浓度极低的样品，可能需要更灵敏的方法。此外，毫摩尔级的检测范围可能限制了其在分析物浓度极低的样品中的应用。总的来说，基于SIPX的方法为监测生物和环境样品中的2-PEA提供了一种合适、快速且经济的方法，可以作为更复杂技术的更简单替代方案，特别是在没有先进仪器的情况下。
4 结论
在本研究中，使用紫外-可见分光光度法研究了2-PEA与SIPX之间的光学相互作用。结果表明，SIPX探针对脂肪族胺没有显著响应，而在2-PEA存在下观察到明显且可测量的光谱信号，证实了芳香结构在识别过程中的关键作用。浓度依赖性研究表明，在0.4–50 mM范围内，吸光度强度与分析物浓度呈线性关系，定量限低至0.4 mM。此外，稳定性评估证实了系统具有良好的重现性和稳健性。所报道的传感器能够成功检测复杂生物样本中的2-PEA。尽管该传感方法基于SIPX提供了一种高效的2-PEA监测方法，但未来的研究重点可以放在将该探针应用于可穿戴传感器中，用于2-PEA的现场检测。此外，将开发的传感器与智能手机等智能设备集成可以促进数据分析。将探针应用于横向流动分析中是便携式检测2-PEA的另一个新思路。除了便携性，与生物元件（如适配体、多肽、抗体和酶）的结合可以提高所报道的荧光传感器的选择性。此外，本研究的结果强调了几项关键创新，包括引入了一种专为选择性识别芳香生物胺而设计的新型有机光学探针，建立了一种快速、用户友好的分析策略，以及提出了一种相较于传统仪器方法具有卓越操作简单性和经济性的新型分光光度传感平台。这些创新共同将基于SIPX的传感器定位为一种有前景的、用于实际样品中2-PEA检测的新一代分析工具。
