科研進展
蘭州化物所在神經(jīng)遞質高效檢測技術研究方面獲系列進展
神經(jīng)遞質是大腦信息傳遞的關鍵化學信使，其濃度失衡與高原病、阿爾茨海默病等疾病引發(fā)的腦功能損傷密切相關。因此，實現(xiàn)對血清等復雜生物樣本中特定神經(jīng)遞質的高靈敏、高選擇性快速檢測，對于相關腦疾病的早期診斷與精準干預具有重大意義。目前，由于多巴胺（DA）、去甲腎上腺素（NE）等兒茶酚胺類神經(jīng)遞質在分子結構與化學性質上高度相似，在復雜生物樣本中對其進行精準區(qū)分檢測成為生命分析領域面臨的關鍵挑戰(zhàn)。
針對上述難題，中國科學院蘭州化學物理研究所天然藥物與化學測量研究中心楊軍麗研究員課題組長期圍繞功能化硅納米顆粒（Si NPs）的合理設計與新型傳感機制及技術等方向，開展了系統(tǒng)深入的研究并取得系列重要進展。
為突破多巴胺（DA）與其結構類似物（如去甲腎上腺素、腎上腺素等）在復雜生物基質中的區(qū)分難題，本研究利用水熱法合成具有良好水溶性且表面富含活性基團的熒光Si NPs，并以其為探針，結合同步熒光光譜分析技術建立了一種選擇性生物傳感平臺。實驗表明，Si NPs與DA產(chǎn)生氫鍵相互作用，在同步熒光光譜上產(chǎn)生特異性單峰響應（530 nm）；而去甲腎上腺素與腎上腺素則呈現(xiàn)出雙特征峰（484 nm/530 nm）。該光譜差異實現(xiàn)了對DA的高靈敏、快速鑒別，檢測限可低至 0.22 μM，并成功應用于血清樣本的實際檢測。相關成果以“A Synchronous Fluorescence Biosensor Mediated by Hydrogen-Bonding Interaction for Highly Selective Detection of Dopamine”為題發(fā)表在Microchim. Acta.(2025, 191: 105)上。
圖1. A Si NPs的制備示意圖；B 基于Si NPs的DA檢測示意圖
針對去甲腎上腺素（NE）在復雜生物樣本中特異性識別的難題，研究人員合理設計并制備了一種表面修飾氯甲酸芐酯的熒光硅納米顆粒（CBZ-Si NPs）。通過密度泛函理論（DFT）計算，預測該傳感器可通過與NE形成獨特的“六元環(huán)狀氫鍵”實現(xiàn)特異性結合。實驗驗證發(fā)現(xiàn)，CBZ-Si NPs能有效排除NE結構類似物的干擾。進一步研究表明，所構建的CBZ-Si NPs對NE的檢測限低至2.50 nM，線性范圍0.05–1.00 μM（R2=0.9996），在血清樣本檢測回收率達90.82%–104.40%。相關成果以“Benzyl Chloroformate-Functionalized Fluorescent Silica Nanoparticles for Detection of Norepinephrine”為題作為封面文章發(fā)表在ACS Appl.Nano Mater.(2025, 8(48): 22927-22937)上。
圖 2. a：CBZ-Si NPs的制備流程；b：NE的檢測示意圖；文章封面圖
上述系列研究從“分子設計”到“信號解析”，并結合理論計算深入闡明機制，系統(tǒng)性地攻克了相似神經(jīng)遞質的高選擇性高靈敏度檢測難題，不僅深化了對納米材料-生物分子相互作用機制的理解，也為開發(fā)腦疾病早期預警技術奠定了科學基礎。
蘭州化物所和蘭州理工大學聯(lián)合培養(yǎng)研究生李鈴鈴為以上論文的第一作者，蘭州化物所楊軍麗研究員、張瑛助理研究員和蘭州理工大學楊愛梅教授為共同通訊作者。
上述研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院國際合作項目、甘肅省重大科技專項及蘭州化物所科研項目的支持。
