尿酸是人體嘌呤代謝的主要產(chǎn)物，其濃度水平與人體健康密切相關(guān)。因此，開發(fā)方便快捷、準(zhǔn)確性高、靈敏度強(qiáng)的尿酸檢測方法在相關(guān)疾病的臨床診斷中具有重要的意義。

目前報道的多種尿酸檢測方法中，光學(xué)方法因其靈敏高效、操作方便、易于可視化等優(yōu)點而被用于開發(fā)紙基分析設(shè)備等便攜式檢測器。然而，以往的尿酸光學(xué)檢測體系一般是通過酶催化的串聯(lián)反應(yīng)來實現(xiàn)，存在價格高、穩(wěn)定性差、不易貯存、反應(yīng)時間長等問題。因此，亟需發(fā)展一種更為方便快捷的尿酸光學(xué)檢測方法。

近年來，超分子傳感器因其多功能性和操作方便而引起越來越多的研究興趣，并被廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)檢測，其中最具代表性的一種是指示劑置換法（IDAs）。然而，設(shè)計合成能夠在復(fù)雜環(huán)境中選擇性識別尿酸的人工主體分子存在一定挑戰(zhàn)，目前用于尿酸檢測的IDA傳感器仍鮮有報道。此外，比色和熒光雙模式IDA傳感器相對于單模式光學(xué)傳感器來說，更有可能實現(xiàn)對尿酸的精確實時監(jiān)測。因此，開發(fā)一種基于IDA的比色和熒光雙模式傳感器，用于尿液中尿酸水平的檢測無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。

近日，南華大學(xué)王力立-楊留攀聯(lián)合團(tuán)隊基于四內(nèi)酰胺大環(huán)開發(fā)了一種比色和熒光雙模式IDA傳感器，實現(xiàn)了尿液中尿酸水平的檢測（圖1）。該方法利用水溶性萘基四內(nèi)酰胺大環(huán)H1作為主體分子。通過疏水效應(yīng)和被屏蔽在空腔中的多重氫鍵的協(xié)同作用，H1在水中與尿酸的結(jié)合常數(shù)能夠達(dá)到1.7 × 10?/M，說明H1適用于構(gòu)建用于尿酸測定的IDA傳感器。

圖1 （a）傳感器機(jī)理示意圖；（b）大環(huán)、尿酸和染料的結(jié)構(gòu)式 為了構(gòu)建光學(xué)傳感器，研究人員選用了一系列苯并雜環(huán)染料，它們與H1結(jié)合常數(shù)在10?/M ~ 10?/M之間，可構(gòu)建穩(wěn)定的IDA傳感器。研究發(fā)現(xiàn)，試鹵靈（RF）、甲酚紫（CV）等吩噁嗪染料與H1之間存在較強(qiáng)的光致電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)和 π···π 相互作用，不僅能夠淬滅染料的熒光，而且使其顏色發(fā)生明顯改變。其中，RF在與H1結(jié)合之后熒光幾乎完全被淬滅，且顏色從粉紅色轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ρ让黠@的藍(lán)色（圖2）。因此，研究人員選擇RF作為指示劑，并對RF@H1傳感器的尿酸檢測能力進(jìn)行了評價。

圖2 （a）加入大環(huán)前后染料顏色的變化；（b）RF@H1的HOMO和LUMO軌道

在尿酸檢測過程中，加入的尿酸使RF從大環(huán)的空腔中釋放出來，溶液顏色從藍(lán)色變回粉紅色，同時熒光強(qiáng)度的恢復(fù)率達(dá)到94%，在紫外光下再次顯示出明亮的熒光。研究表明，紫外吸收（A???/A???）和熒光發(fā)射強(qiáng)度均與尿酸濃度呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系（紫外：37 μM~ 134 μM，熒光：0 ~ 90 μM），LOD低至0.33 μM。與其他光學(xué)方法相比，該研究提出的IDA傳感器具有雙模式和快速響應(yīng)的特點，并且表現(xiàn)出優(yōu)異的檢測性能。

最后，研究人員將該傳感器與紙基傳感技術(shù)相結(jié)合，制備了紙基傳感器并實現(xiàn)了真實尿液中尿酸水平的雙模式半定量檢測（圖3）。

圖3 （a）加入志愿者尿液后RF@H1試紙的顏色變化（尿酸水平從低到高排列）；（b）試紙的R/B值與尿液的尿酸水平呈現(xiàn)正相關(guān)

總之，該研究基于四內(nèi)酰胺大環(huán)構(gòu)建了雙模式IDA傳感體系，實現(xiàn)了對尿液中尿酸的便捷、快速、準(zhǔn)確的檢測，為尿酸及其他疾病標(biāo)志物的居家檢測提供了新方法和新思路。相關(guān)研究成果以“Tetralactam macrocycle based indicator displacement assay for colorimetric and fluorometric dual-mode detection of urinary uric acid”為題，發(fā)表在英國皇家化學(xué)會期刊Chemical Communication上。

論文鏈接： https://doi.org/10.1039/D2CC06622J

審核編輯 ：李倩