双功能化玻璃微吸管传感器：同步检测 Cu+与 Cu2+的创新利器

铜离子（Cu+和 Cu2+）失衡与疾病相关，但同时检测二者颇具挑战。研究人员开发双功能化玻璃微吸管传感器，可独立检测 Cu+和 Cu2+ ，检测范围广、限低，能区分细胞铜离子水平，为研究生物系统铜离子提供新工具。

　　在生命的奇妙旅程中，铜离子（Cu⁺和 Cu²⁺）扮演着极为重要的角色。它们是维持生物体正常生理功能的必需微量元素，参与着神经传导、细胞氧化还原平衡的维持，还作为多种酶的辅助因子，助力氧气的运输和释放。然而，一旦这两种离子的平衡被打破，就如同平静的湖面泛起巨大波澜，会引发一系列严重后果。过量的活性氧物质（ROS）会大量生成，它们就像一群 “捣乱分子”，肆意攻击细胞内的脂质、蛋白质和 DNA，造成严重的氧化损伤，进而导致细胞异常，与神经退行性疾病，如阿尔茨海默病等紧密相连。

目前，检测铜离子的方法多种多样，像原子吸收光谱法（AAS）、荧光光谱法、比色法、电化学技术等。但这些方法都存在各自的 “短板”。荧光光谱法容易受到生理环境中荧光物质的干扰，就好比在嘈杂的环境中难以听清声音；比色法灵敏度低，还容易被其他物质影响；AAS 需要复杂的样品制备过程；电化学方法在检测复杂样品时适用性有限。所以，开发一种高效、能同时准确检测 Cu⁺和 Cu²⁺的传感器迫在眉睫。

为了解决这些难题，研究人员展开了深入研究。虽然文章未明确研究机构，但他们创新性地开发出一种双功能化玻璃微吸管传感器。通过在微吸管内壁原位生长 UiO-66-NH₂，外壁涂覆谷胱甘肽功能化碳纳米管（GCNTs），成功实现了对 Cu⁺和 Cu²⁺的同时检测。该研究成果发表在《Analytica Chimica Acta》上，为铜离子检测领域带来了新的曙光。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是微吸管的双功能化修饰技术，通过在微吸管内壁原位合成 UiO-66-NH₂ ，利用其丰富的氨基（-NH₂）与 Cu²⁺配位，实现对 Cu²⁺的捕获；在外壁修饰 GCNTs，利用谷胱甘肽（GSH）的巯基与 Cu⁺的强亲和力结合 Cu⁺。同时，结合离子电流检测技术和表面增强拉曼光谱（SERS）分析技术，分别通过检测离子电流变化和 SERS 信号，实现对 Cu²⁺和 Cu⁺的检测。

下面来看看具体的研究结果。

1. 传感器的构建与原理：研究人员选用 UiO-66-NH₂作为检测 Cu²⁺的传感材料，因其具有高比表面积、水稳定性和良好的生物相容性，且氨基能增强对 Cu²⁺的吸附能力。通过原位生长法在玻璃微吸管内壁合成 UiO-66-NH₂，当 Cu²⁺与氨基结合时，会改变局部离子分布，增加通道电阻，使离子电流下降。而在外壁修饰 GCNTs，GSH 的巯基与 Cu⁺形成 Cu⁺ - GSH 复合物，在 GCNT 表面引入缺陷位点，增强 SERS 信号，从而实现对 Cu⁺的检测 。
2. 检测性能：该传感器展现出优异的检测性能，检测范围极广，可达 10^-1–10⁵ μM ，检测限低至 0.1 μM，能够在生理浓度范围（2–10 μM）内同时监测 Cu⁺/Cu²⁺ 。
3. 细胞检测：研究人员还利用该传感器对 MCF-10A 和 MCF-7 细胞中的铜离子水平进行区分，发现其能够揭示癌症中铜离子稳态的改变。

研究结论表明，这种双功能化玻璃微吸管传感器成功制备，通过双功能化修饰为 Cu²⁺和 Cu⁺提供了有效结合位点，并借助离子电流和 SERS 检测显著提高了检测灵敏度。其较宽的检测范围和较低的检测限，使其在生物系统中铜离子的研究方面极具潜力。这一研究成果意义重大，为深入探究铜离子在复杂生物和环境系统中的形态和氧化还原行为提供了可靠且灵敏的分析工具，有助于进一步理解铜离子稳态失调与相关疾病的关系，为相关疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法，推动生命科学和健康医学领域的发展。