尿酸是人體嘌呤代謝的主要產物，其濃度水平與人體健康密切相關。因此，開發方便快捷、準確性高、靈敏度強的尿酸檢測方法在相關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，光學方法因其靈敏高效、操作方便、易于可視化等優點而被用于開發紙基分析設備等便攜式檢測器。然而，以往的尿酸光學檢測體系一般是通過酶催化的串聯反應來實現，存在價格高、穩定性差、不易貯存、反應時間長等問題。因此，亟需發展一種更為方便快捷的尿酸光學檢測方法。

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，并被廣泛應用于生物化學檢測，其中最具代表性的一種是指示劑置換法（IDAs）。然而，設計合成能夠在復雜環境中選擇性識別尿酸的人工主體分子存在一定挑戰，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傳感器來說，更有可能實現對尿酸的精確實時監測。因此，開發一種基于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。

近日，南華大學王力立-楊留攀聯合團隊基于四內酰胺大環開發了一種比色和熒光雙模式IDA傳感器，實現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酰胺大環H1作為主體分子。通過疏水效應和被屏蔽在空腔中的多重氫鍵的協同作用，H1在水中與尿酸的結合常數能夠達到1.7 × 10?/M，說明H1適用于構建用于尿酸測定的IDA傳感器。

圖1 （a）傳感器機理示意圖；（b）大環、尿酸和染料的結構式 為了構建光學傳感器，研究人員選用了一系列苯并雜環染料，它們與H1結合常數在10?/M ~ 10?/M之間，可構建穩定的IDA傳感器。研究發現，試鹵靈（RF）、甲酚紫（CV）等吩噁嗪染料與H1之間存在較強的光致電荷轉移效應和 π···π 相互作用，不僅能夠淬滅染料的熒光，而且使其顏色發生明顯改變。其中，RF在與H1結合之后熒光幾乎完全被淬滅，且顏色從粉紅色轉變為對比明顯的藍色（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行了評價。

圖2 （a）加入大環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從大環的空腔中釋放出來，溶液顏色從藍色變回粉紅色，同時熒光強度的恢復率達到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???）和熒光發射強度均與尿酸濃度呈現出良好的線性關系（紫外：37 μM~ 134 μM，熒光：0 ~ 90 μM），LOD低至0.33 μM。與其他光學方法相比，該研究提出的IDA傳感器具有雙模式和快速響應的特點，并且表現出優異的檢測性能。

最后，研究人員將該傳感器與紙基傳感技術相結合，制備了紙基傳感器并實現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正相關

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

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

審核編輯 ：李倩