肾上腺素在哺乳动物的中枢神经系统中是作为信息传递的一种重要化合物，它以有机阳离子的形式存在于神经组织和生物体液中 [1] [2] 。人体中的肾上腺素具有促进肝糖分解、提升血糖、增强脂解的作用，它还可导致人体心跳加快 [3] 。同时，肾上腺素在减缓关节软骨病的损害和骨关节炎的疼痛方面也起着重要的作用 [4] [5] 。临床发现患有帕金森综合症的病人分泌的肾上腺素较正常人分泌水平低 [6] [7] 。迄今为止，关于肾上腺素定量检测的方法已经有很多报道，例如荧光法 [8] [9] [10] 、电化学分析法 [11] [12] [13] [14] 、毛细管电泳法（CE） [15] [16] 、液相色谱法（LC） [17] [18] [19] 和化学发光（CL）检测 [20] [21] [22] 。然而，大多数这些方法由于成本较高、操作繁琐甚至还要依靠萃取或衍生化的方法进行预处理而受到限制。因此，在发展神经生理学、作出诊断和控制药物方面亟待发展一种快速、简便、高灵敏度和低成本的方法来实现对肾上腺素的定量测定。

比色法由于不需要任何特殊仪器并可以直接由肉眼观察的特点成为众所周知的被广泛应用于日常分析的技术。纳米金粒子由于其较高的摩尔吸光系数和间距相关性光学性质作为比色探针而受到广泛的欢迎。纳米金颗粒悬浮液的颜色主要受颗粒稳定性和颗粒间距的影响。被分散的纳米金颗粒悬浮液呈酒红色，当纳米金颗粒团聚时则呈蓝紫色 [23] 。

本文中，我们针对肾上腺素的检测开发了一种基于AHMT覆盖的纳米金颗粒比色传感器，它具有简单、灵敏的特点。纳米金颗粒作为指示器，AHMT作为专一检测元件。AHMT与肾上腺素两种分子之间通过氢键作用相结合从而引起纳米金颗粒的团聚，其颜色由酒红色转变为蓝紫色，如图1所示。在加入肾上腺素之前，由于AHMT分子作为封端剂的静电排斥作用可以抵抗纳米金颗粒之间的范德华引力，故以AHMT封端的纳米金颗粒性质相同，可以很好地分散在纳米金颗粒溶胶中。因此，AHMT不足以引起纳米金颗粒的团聚。然而，当有肾上腺素存在时，AHMT-纳米金颗粒倾向于团聚，并伴随着颜色由酒红色向蓝紫色的转变。这一颜色变化很容易由肉眼观察得到。正如我们所知，肾上腺素分子含一个氨基和三个羟基。每一个肾上腺素分子都有四个位置可以形成NH--O和NH--N氢键。因此，AHMT-纳米金颗粒可以通过AHMT和肾上腺素分子之间形成的氢键而引起团聚。

图 1. AHMT-AuNPs和肾上腺素反应引起团聚的示意图。

紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）由UV-2550分光光度计（日本岛津公司）生产。氯金酸钠 (III) (HAuCl4) 和柠檬酸钠从美国西格玛奥德里奇公司购买。 AHMT和肾上腺素从阿拉丁试剂（上海）有限公司处购买。其他所有试剂均为分析纯试剂。所有溶液都由二次水制备。

直径为15nm的纳米金粒子按照文献 [24] [25] 进行合成。将100mL含有0.25 mM 的HAuCl4水溶液置于250mL圆底烧瓶中搅拌并煮沸，然后迅速加入3 mL 1%的柠檬酸钠溶液。继续搅拌并煮沸10分钟后，将混合物在搅拌条件下冷却至室温，所得产物在4℃的条件下贮存。纳米金粒子的尺寸和浓度按照参考文献 [26] 由紫外-可见吸收光谱数据获得。

AHMT功能化纳米金粒子通过向纳米金粒子溶液(2.5 nM, 1000 μL)中加入0.1mM AHMT而制得。经过剧烈搅拌后，将混合物置于室温和黑暗条件下反应30小时以确保AHMT自组装到纳米金粒子的表面。然后将AHMT-纳米金颗粒溶液离心，沉淀物用二次水彻底洗涤以除去游离的AHMT分子。

首先，配制浓度范围在1 nM-0.1mM之间的一系列不同浓度的肾上腺素血清溶液，将一定量的肾上腺素溶液加入到1000 µL 2.5 nM AHMT-纳米金颗粒溶液中，在37°C条件下孵化20分钟后，将所得溶液转移至石英比色皿中记录其紫外-可见吸收光谱。所有实验都在室温下进行。

图 2. 不同浓度的AHMT (5 μM, 0.1 mM, 0.5 mM, 1 mM, and 5 mM)时对应的AHMT-纳米金颗粒的吸光度变化图。内插图：不同浓度AHMT时对应的AHMT-AuNPs颜色变化照片 (a: 0, b: 5 μM, c: 0.1 mM, d: 0.5 mM, e: 1 mM, and f: 5 mM)。

为了达到最好的实验结果，本实验研究了在不同AHMT浓度下（5μM，0.1mM，0.5mM，1mM，5mM）1000 μL AHMT-纳米金颗粒的吸收光谱。随着AHMT浓度的增加，AHMT-纳米金颗粒的吸收峰也逐渐增强。当AHMT浓度增至0.1mM时，达到最大吸收峰值。随后，当AHMT浓度增加时，吸收峰值逐渐降低，AHMT-纳米金颗粒也开始不稳定，颜色由酒红色变为蓝紫色，如图2。因此，取0.1mM AHMT作为最优条件进行后续实验。为了得到稳定的由AHMT覆盖的纳米金颗粒，反应时间十分重要，它也直接影响了对于肾上腺素检测的性能好坏。实验结果表明，将AHMT和纳米金颗粒混合溶液在搅拌混匀后置于黑暗条件下反应1小时可以保证AHMT充分地包裹在纳米金颗粒表面。关于肾上腺素的孵化时间对检测信号的影响，在最开始的20分钟内其吸收值显著降低，然而，当孵化时间大于20分钟时，其吸收值逐渐稳定。因此，取20分钟作为实验的最佳孵化时间。对于人体血清样品（不含肾上腺素）。首先，我们针对当前方法的适用范围研究了在不同的人体血清稀释比率下(1:39, 1:79, 1:119, 1:179, 1:239)所观察到的现象。我们发现当稀释比达到1:239时，稀释的人体血清液的纳米金颗粒和水溶液中的纳米金颗粒的吸收峰值相当。因此，我们选择稀释比为1:239的血清溶液。

图 3. A）加入不同浓度的肾上腺素后AHMT-纳米金颗粒的紫外可见吸收光谱图。内插图: 与A对应的照片。(B) 在550nm时吸收峰与肾上腺素素在1nM至0.1μM的浓度范围内的对数值的线性关系图。

在最优条件下我们利用AHMT-纳米金颗粒分析了血清样品的肾上腺素。其结果如图3A所示，随着肾上腺素浓度的增强，AHMT-纳米金颗粒的吸收强度降低，图3A中内插图所示的颜色变化清楚地表明：随着肾上腺素浓度的增加，AHMT-纳米金颗粒的颜色由酒红色逐渐转变为蓝紫色。图3B为图2A中所得数据的标准曲线。从图3B中可以观察到，吸光度与肾上腺素在1nM至0.1μM的浓度范围内的对数值有很好的线性关系，相关系数达0.99，其检测限为1nM。另外，为表明我们所研制的传感器具有明显的优势，我们将不同的肾上腺素传感器进行比较并列于表1中。从表一中可以看到，我们所研制的传感器检测限（1nM）比其他传感器的检测限低，实验所得出的线性范围也相对较宽。

3. 结论

我们报道了一种针对在血清溶液中实现对肾上腺素检测的高灵敏度比色传感器，它是以AHMT和肾上腺素分子之间通过强氢键作用导致AHMT-纳米金颗粒团聚为理论基础所研制的。相比于传统的方法，我们所提出的方法其特点在于它的简单性和迅速性。在最佳条件下，比色传感器在A550与肾上腺素在1 nM至0.1μM的浓度范围内有良好的线性关系，检测限为1 nM。所研制的传感器有望提供一个无需预处理，在以血清为基质的样品中检测肾上腺素的新的经济、快速而又简单的方法。