双模式比色-荧光纳米酶传感平台：基于FeCu共掺杂碳点抑制效应的高选择性D-青霉胺检测

为解决D-青霉胺(D-PEN)临床监测中传统方法易受干扰、灵敏度不足的问题，研究人员开发了双金属FeCu共掺杂氮化碳点(FeCu@CDs)纳米酶，通过抑制其过氧化物酶样活性和调控内滤效应(IFE)，实现了0.03 μM级超高灵敏度双模式检测。该研究为Wilson病等疾病的精准用药监测提供了新工具。

　　

研究背景与意义
D-青霉胺(D-PEN)作为治疗Wilson病、类风湿性关节炎的关键药物，其治疗窗狭窄且易引发肾毒性、血液学异常等严重副作用，临床亟需高精度监测手段。现有检测技术如高效液相色谱(HPLC)和电化学法虽可靠，但存在设备昂贵、操作复杂等局限。更棘手的是，生物样本中抗坏血酸、双硫醇等内源性物质会干扰传统检测。尽管已有研究尝试构建双模式传感器，但贵金属纳米簇的不稳定性、单信号检测的可靠性不足等问题始终未解决。

研究方法与技术路线
沙特阿拉伯伊玛目穆罕默德·本·沙特伊斯兰大学团队通过水热法合成双金属FeCu@CDs，利用透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)表征材料特性，结合稳态瞬态荧光光谱分析光学性能。通过电子顺磁共振(EPR)验证活性氧(ROS)生成机制，建立基于催化抑制和IFE效应的双信号检测体系，最终在血清和尿液样本中验证实际应用性能。

研究结果

1. 材料表征
   TEM显示FeCu@CDs为粒径2.6±0.07 nm的均匀纳米颗粒，XPS证实Fe³⁺和Cu²⁺的成功掺杂。密度泛函理论(DFT)计算揭示金属-氮配位结构显著提升电荷迁移率。

2. 催化机制
   Fe-Cu协同作用使H₂O₂分解效率提升3.2倍，产生羟基自由基(HO•)和单线态氧(¹O₂)。EPR捕获到特征信号，证实其类过氧化物酶活性源于金属介导的电子转移。

3. 双模式检测
   D-PEN通过硫醇基团螯合金属中心，抑制OPD氧化为2,3-二氨基吩嗪(DAP)的显色反应（比色检测限0.13 μM）。同时DAP作为荧光淬灭剂，其浓度变化通过IFE效应触发比率型荧光响应（检测限0.03 μM）。

4. 选择性验证
   在10倍浓度的谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)等干扰物存在下，回收率保持95.6%-105.1%，显著优于既往报道的贵金属纳米簇方法。

结论与展望
该研究首创的FeCu@CDs纳米酶平台，通过金属掺杂工程同时优化催化活性和荧光性能，解决了传统方法抗干扰能力差、信号单一等核心问题。其创新性体现在：①首次利用IFE效应实现真正的比率型荧光检测；②双金属协同作用使灵敏度比单金属CDs提升1个数量级；③无需抗体或核酸适配体即可实现生物样本直接检测。这项工作发表于《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》，为临床药物监测和纳米酶设计提供了范式转移的新思路。