探索Tb3+介导的与谷胱甘肽修饰金纳米团簇的相互作用，以开发用于乳铁蛋白检测的荧光团修饰比率探针

《The Journal of Physical Chemistry B》：Exploring Tb3+-Mediated Interactions with Glutathione-Capped Gold Nanoclusters to Develop a Fluorophore-Modified Ratiometric Probe toward Lactoferrin

乳铁蛋白检测荧光探针开发及机制研究。通过将荧光分子BDP-FL与GSH包覆的金纳米簇（Au29–43(GSH)27–37）结合，利用Tb3+诱导的聚集发光增强效应（AIEE）构建比率荧光探针，实现泪液中Lf浓度的高灵敏度检测（检测限3.4 μg/mL，线性范围0.01–4.0 mg/mL），并验证了Tb3+通过桥接作用促进聚集的机制。

　　在生物医学研究领域，乳铁蛋白（Lactoferrin, Lf）因其广泛的生物学功能和在多种疾病诊断中的潜在价值，成为近年来备受关注的生物标志物之一。Lf具有抗菌、抗病毒、抗氧化和抗炎等特性，被广泛存在于人体分泌物中，如粪便、乳汁、血清和眼泪等。其在泪液中的浓度与泪液分泌量呈正相关，这使得Lf在评估眼部疾病如干眼症（Dry Eye Disease, DED）中具有重要的诊断意义。研究表明，DED患者泪液中的Lf浓度通常低于健康个体，这可能与他们泪液分泌量减少、眼部表面易受氧化代谢产物侵害等因素有关。随着电子设备使用时间的增加，DED的发病率也在不断上升，这进一步推动了对Lf检测方法的开发需求。

为了满足这一需求，科学家们提出了多种检测Lf的方法，包括高效液相色谱、毛细管电泳、酶联免疫吸附测定、电化学传感器、表面等离子体共振（SPR）和荧光传感器等。其中，荧光传感器因其操作简便、成本低廉、高灵敏度和良好性能，成为一种极具潜力的检测手段。例如，Zhang等人开发了一种基于荧光偏振和荧光共振能量转移（FRET）的适配体传感器，该传感器由Lf适配体偶联的碳点和氧化石墨烯纳米片组成，可有效检测泪液中的Lf。Yamada等人则利用微流体纸基分析装置，通过纸条上Lf与Tb3?形成的复合物的发射光谱变化来定量Lf的浓度。Tsai等人则开发了一种便携式设备，通过Lf诱导的Tb3?发光增强来检测泪液中的Lf。这些设备不仅能够区分不同类型的干眼症，还能够提供与临床诊断方法一致的结果。

然而，尽管这些发光传感器在灵敏度和选择性方面表现出色，它们的实际应用往往受到信号重现性差的限制。这一问题主要源于激发光源的波动、荧光探针浓度的变化以及环境干扰，如温度、离子强度和溶液pH值的差异。为了克服这些局限，研究者们引入了比值型传感探针，通过测量探针发出的两个信号（一个与分析物相关，另一个作为内部参考）的比值来实现对外部干扰和仪器变化的校正。比值型传感器在生物分子检测中展现出显著的优势，能够提高检测的准确性和可重复性。

在本研究中，科学家们开发了一种基于比值型发光增强（Aggregation-Induced Emission Enhancement, AIEE）的荧光探针，用于检测泪液中的Lf。该探针通过将荧光分子BDP-FL偶联到以谷胱甘肽（GSH）为配体的金纳米簇（AuNCs）上，并利用Tb3?诱导的AIEE效应，实现了对Lf的高灵敏度和高选择性的检测。BDP-FL分子提供了一个绿色发光的内部参考信号，而AuNCs在Tb3?作用下产生红色发光，这种双发射设计使得比值型信号输出成为可能。当Lf加入时，其与Tb3?的竞争性结合会破坏AuNCs的聚集状态，从而导致红色发射的减弱，而绿色发射则保持不变，从而实现了对Lf浓度的精确测量。

该探针在检测性能方面表现出色，具有宽广的线性响应范围（0.01–4.0 mg/mL）、低检测限（3.4 μg/mL）和优异的重现性（相对标准偏差 < 1.2%）。更值得注意的是，该探针在稀释10倍的人类泪液样本中依然保持高效，回收率高达99.98–101.8%，其检测结果与毛细管电泳法一致。这一成果表明，该探针不仅在实验室环境中表现良好，还具备实际应用的潜力。

为了进一步揭示该探针的工作原理，研究者们利用Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek（DLVO）理论对Tb3?诱导的AuNCs聚集机制进行了深入探讨。DLVO理论能够解释纳米颗粒在溶液中的聚集行为，结合了范德华吸引力和静电排斥力等主要作用力。研究发现，Tb3?通过与GSH分子中的羧基配位，降低了纳米簇之间的静电排斥力，从而促进了AuNCs的聚集。同时，Tb3?还增强了范德华力和桥接作用，使得纳米簇能够更紧密地结合，进而提高发光效率。这种机制的阐明不仅有助于理解探针的工作原理，也为纳米材料的合理设计提供了理论依据。

此外，研究还探讨了Tb3?与Lf之间的特异性结合，表明Tb3?能够与Lf形成稳定的复合物，从而引发AuNCs的解聚。这种解聚过程导致红色发射的显著减弱，而绿色发射保持不变，使得比值型信号能够准确反映Lf的浓度变化。通过调整Tb3?的浓度，研究者们优化了探针的性能，使其在实际应用中表现出良好的稳定性和灵敏度。

在实际应用方面，该探针不仅适用于实验室环境，还能够在复杂的人类泪液样本中实现高精度的检测。通过在泪液样本中加入不同浓度的标准Lf，并使用该探针进行检测，研究者们获得了与毛细管电泳法一致的结果，证明了其在临床诊断中的可行性。这一成果为未来开发更高效的生物标志物检测方法提供了新的思路。

总的来说，这项研究开发了一种基于Tb3?诱导AIEE效应的比值型荧光探针，用于检测泪液中的Lf。该探针具有高灵敏度、高选择性和良好的重现性，能够有效克服传统发光传感器在信号稳定性方面的不足。通过结合DLVO理论，研究者们深入探讨了Tb3?对AuNCs聚集行为的影响，揭示了其在探针设计中的关键作用。此外，该探针在实际应用中表现出色，为未来开发具有离子选择性和可调发光特性的纳米材料提供了重要的理论支持和实践指导。这一研究不仅在Lf检测领域具有重要意义，也为纳米材料在生物医学中的应用拓展了新的可能性。