基于指示剂置换法的比色和荧光双模式传感器

尿酸是人体嘌呤代谢的主要产物，其浓度水平与人体健康密切相关。因此，开发方便快捷、准确性高、灵敏度强的尿酸检测方法在相关疾病的临床诊断中具有重要的意义。

目前报道的多种尿酸检测方法中，光学方法因其灵敏高效、操作方便、易于可视化等优点而被用于开发纸基分析设备等便携式检测器。然而，以往的尿酸光学检测体系一般是通过酶催化的串联反应来实现，存在价格高、稳定性差、不易贮存、反应时间长等问题。因此，亟需发展一种更为方便快捷的尿酸光学检测方法。

近年来，超分子传感器因其多功能性和操作方便而引起越来越多的研究兴趣，并被广泛应用于生物化学检测，其中最具代表性的一种是指示剂置换法（IDAs）。然而，设计合成能够在复杂环境中选择性识别尿酸的人工主体分子存在一定挑战，目前用于尿酸检测的IDA传感器仍鲜有报道。此外，比色和荧光双模式IDA传感器相对于单模式光学传感器来说，更有可能实现对尿酸的精确实时监测。因此，开发一种基于IDA的比色和荧光双模式传感器，用于尿液中尿酸水平的检测无疑是一个巨大的挑战。

近日，南华大学王力立-杨留攀联合团队基于四内酰胺大环开发了一种比色和荧光双模式IDA传感器，实现了尿液中尿酸水平的检测（图1）。该方法利用水溶性萘基四内酰胺大环H1作为主体分子。通过疏水效应和被屏蔽在空腔中的多重氢键的协同作用，H1在水中与尿酸的结合常数能够达到1.7 × 10⁵/M，说明H1适用于构建用于尿酸测定的IDA传感器。

图1 （a）传感器机理示意图；（b）大环、尿酸和染料的结构式 为了构建光学传感器，研究人员选用了一系列苯并杂环染料，它们与H1结合常数在10⁴/M ~ 10⁷/M之间，可构建稳定的IDA传感器。研究发现，试卤灵（RF）、甲酚紫（CV）等吩噁嗪染料与H1之间存在较强的光致电荷转移效应和 π···π 相互作用，不仅能够淬灭染料的荧光，而且使其颜色发生明显改变。其中，RF在与H1结合之后荧光几乎完全被淬灭，且颜色从粉红色转变为对比明显的蓝色（图2）。因此，研究人员选择RF作为指示剂，并对RF@H1传感器的尿酸检测能力进行了评价。

图2 （a）加入大环前后染料颜色的变化；（b）RF@H1的HOMO和LUMO轨道

在尿酸检测过程中，加入的尿酸使RF从大环的空腔中释放出来，溶液颜色从蓝色变回粉红色，同时荧光强度的恢复率达到94%，在紫外光下再次显示出明亮的荧光。研究表明，紫外吸收（A₅₇₁/A₆₀₀）和荧光发射强度均与尿酸浓度呈现出良好的线性关系（紫外：37 μM~ 134 μM，荧光：0 ~ 90 μM），LOD低至0.33 μM。与其他光学方法相比，该研究提出的IDA传感器具有双模式和快速响应的特点，并且表现出优异的检测性能。

最后，研究人员将该传感器与纸基传感技术相结合，制备了纸基传感器并实现了真实尿液中尿酸水平的双模式半定量检测（图3）。

图3 （a）加入志愿者尿液后RF@H1试纸的颜色变化（尿酸水平从低到高排列）；（b）试纸的R/B值与尿液的尿酸水平呈现正相关

总之，该研究基于四内酰胺大环构建了双模式IDA传感体系，实现了对尿液中尿酸的便捷、快速、准确的检测，为尿酸及其他疾病标志物的居家检测提供了新方法和新思路。相关研究成果以“Tetralactam macrocycle based indicator displacement assay for colorimetric and fluorometric dual-mode detection of urinary uric acid”为题，发表在英国皇家化学会期刊Chemical Communication上。

论文链接： https://doi.org/10.1039/D2CC06622J

审核编辑 ：李倩