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北大黄建永课题组《Chem. Eng. J.》:高选择性和高灵敏度无标记MOFs基多巴胺探针用于帕金森病临床辅助早期诊断

化学与材料科学 化学与材料科学 2022-09-08

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帕金森病是一种由多巴胺(DA)缺乏引起的神经退行性疾病,对老年人的健康构成了巨大的威胁。脑干黑质的失衡致使DA合成减少因此帕金森患者尿液中的DA水平明显低于健康人。快速、简单、高选择性的DA检测对帕金森患者早期诊断具有重要意义。荧光检测方法因其灵敏度高而得到广泛的应用,但其往往需要额外的化学修饰且抗干扰能力低,迄今为止真实体液中的DA检测极具挑战。此外在追求更高检测灵敏度的同时往往需要牺牲广泛的检测范围,因此如何在检测技术中兼具高灵敏度和宽的检测范围也成为另一难题。
 
北京大学黄建永研究员团队在《 Chemical Engineering Journal 》期刊上面发表了题为“Label-free and highly selective MOFs-based dopamine detection in urine of Parkinson’s patients”的文章(Chem. Eng. J., 2022, 443, 136371)。为攻克上述难题,该课题组开发了高选择性和高灵敏度的无标记MOFs基传感器用于监测帕金森病患者临床尿液中的DA含量,检测范围横跨10-9 M~10-4 M。该团队克服了水热合成Ln-MOFs的局限,在常温下通过BSA诱导α-环糊精(CD)和Eu3+矿化,成功合成了DA响应型无标记Eu-αCD探针。该探针最佳响应区间为10-7 M~ 10-5 M,该区间与帕金森病患者的尿液DA阈值相符,这一事实极大地提高了传感器在病人尿液检测中的灵敏度和可靠性。分子动力学(MD)模拟分析定量剖析了CD和客体分子的热力学相互作用,系统地揭示了Eu-αCD探针检测DA的识别机制。在此基础上开发的半定量可视化试纸条在及时检测和现场测试中具有突出优势。该传感器检测结果具有与商业HPLC方法相当的准确性,为协助帕金森患者的早期诊断提供了新的检测方法,并且在脑脊液、血浆检测和细胞成像方面具有巨大的应用潜力。
 


1 (a) Eu-αCD纳米颗粒和(b) Eu-αCD@NC试纸的制备示意图
 


2 Eu-αCD纳米颗粒、NC试纸和Eu-αCD@NC试纸的SEM及AFM图像
 


3 (a) Eu-αCD纳米颗粒的三维荧光光谱 (b) Eu-αCD纳米颗粒的发射荧光光谱;插图 Eu-αCD纳米颗粒粉末在明场和365nm紫外光下的图片。(c) CIE色坐标(0.5764, 0.3493) (d) Eu-αCD纳米颗粒的荧光强度的光学稳定性测试(插图是Eu-αCD纳米粒子在不同时间的发射光谱) (e) Eu-αCD纳米颗粒的荧光衰减曲线


4 (a) DA诱导的Eu-αCD淬灭示意图 (b) DA浓度为0~10-4 MEu-αCD的荧光光谱 (c)相同浓度的BSAKClNaClGLHSASerCysUAUreaAATyrDA处理后Eu-αCD的荧光强度变化 (d) Eu-αCD响应DA后的荧光强度曲线 (e) F0/Fi比率与DA浓度的曲线 (f)和(g)分别是Eu-αCDDA识别反应的ITC曲线和相应的积分曲线
 


5 (a) Eu-αCD@NC试纸响应不同浓度DA后的荧光光谱图 (b) Eu-αCD@NC试纸和Eu-αCD纳米颗粒响应不同浓度DACIE色坐标 (c) Eu-αCD@NC试纸的DA依赖性荧光强度曲线,插图为365nm紫外光下对应的Eu-αCD@NC试纸的光学照片 (d) 分子动力学模拟揭示了客体分子(即DAUAAA)分别从环糊精中解离的时空动态过程
 


6 (a) 病人尿液处理和DA检测过程的流程图。(b)该监测方法与商业HPLC方法测量真实尿样中DA浓度的结果对照。(c) 文献中DA检测的极限和范围的图示,其中浅绿色、浅粉色和浅蓝色区域分别表示尿液、血浆和脑脊液的应用范围

原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722018666

作者简介

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解文月:北京大学在读博士生,发表相关领域SCI论文10余篇,申请国家发明专利5项。
 
刘瑞娜:硕士生导师,河北省“三三三人才工程”三层次人选,美国北卡罗莱纳州立大学访问学者。致力于MOFs基功能检测和吸附材料的制备与应用研究,已主持国家级和省级等项目10余项,发表SCI收录学术论文30余篇,授权发明专利5项。
 
刘晓智:天津市第五中心医院(北京大学滨海医院)中心实验室主任,副主任医师,天津市“131”科技创新型人才第一层次人选,主持和参与国家及省市级科研项目十余项,发表学术论文150余篇。
 
黄建永:北京大学研究员,博导,国家海外人才引进计划青年项目入选者,北京大学博雅青年学者,发表相关领域SCI期刊论文80余篇,申请国家发明专利30余项。


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