叠氮基功能化碳点与厄洛替尼之间形成三唑的点击反应：一种荧光法治疗药物监测的新策略

《Diamond and Related Materials》：Triazole-forming click reaction between azide-functionalized carbon dots and erlotinib: A novel strategy for fluorometric therapeutic drug monitoring

　　

•首个基于点击化学的荧光探针用于埃罗替尼检测。
•N?-CDs利用CuAAC点击反应机制与埃罗替尼的末端炔基发生反应。
•CuAAC反应形成稳定的三唑键，使N?-CDs荧光猝灭。
•已成功应用于埃罗替尼治疗患者的实际血浆样品。
•点击化学确保了相对于结构相关药物的高选择性。

引言

埃罗替尼以商品名Tarceva上市，是一种精准肿瘤药物，可选择性抑制表皮生长因子受体（EGFR）的酪氨酸激酶活性。该化合物主要用于治疗晚期胰腺癌及非小细胞肺癌（NSCLC），特别是携带EGFR致敏突变的个体[1]。其作用机制为竞争性拮抗剂，作用于受体催化区域的ATP配位口袋。这种特异性相互作用可阻断受体自身磷酸化，进而破坏关键的细胞内信号通路——即PI3K/AKT和RAS/MAPK级联反应，而后者正是肿瘤细胞增殖、逃避凋亡及转移扩散的根本原因[2]。患者针对上述两种适应症的常规口服剂量为每日150 mg，血药浓度达到最大系统浓度（Cmax）在1至3 μg/mL之间，消除半衰期约为36小时。此外，埃罗替尼还可在大脑脊液、唾液和尿液等多种生理体液中定量检测，使得全面的治疗药物监测具有高度可行性[3]、[4]。尽管其临床疗效确切，但该治疗常引发显著的不良事件，如痤疮样皮肤反应、胃肠道不适、肝损伤、肺炎及眼部并发症[5]、[6]。因此，对生物体液中埃罗替尼的准确检测与定量至关重要——不仅用于确保药物浓度维持在窄治疗窗内的治疗药物监测，还用于药代动力学研究、耐药性检测、法医分析以及个体化给药方案的优化，以在最大化疗效的同时最小化毒性。

目前存在多种定量方法来测量药品制剂及生理样品中的埃罗替尼浓度，各有独特优势，同时也存在实际缺陷。例如，将常规液相色谱与基于紫外光的光学传感器联用是常用策略，因其广泛可得性和经济性好[7]；然而，该方案往往受限于检测灵敏度不足、在复杂临床样品分析中目标物分离度差，以及需要繁琐的前处理流程——如液-液萃取或大分子沉淀步骤——这些步骤耗时较长且增加分析物回收失败的风险[8]。相反，液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）联用可提供痕量检测能力和精确的分析物鉴定。该高级技术方法常用于评估埃罗替尼在血浆和肾脏排泄中的系统吸收与消除谱；然而，该技术受到高昂仪器成本、需要高度训练人员、色谱运行时间长以及基质离子抑制效应等限制，后者可能损害定量准确性[9]、[10]。由于埃罗替尼的天然荧光特性，荧光光谱法和荧光分光光度法也已被探索应用，但这些方法常受生物样品中内源性荧光化合物的干扰，导致选择性差[11]、[12]。电化学方法，包括使用裸电极或修饰电极的微分脉冲伏安法和方波伏安法，因其简便性和低成本而受到关注，但许多已报道的传感器表现出较窄的线性动态范围、在临床相关浓度下灵敏度不足以及电极表面稳定性有限等问题[13]。毛细管电泳作为一种替代分离技术已被应用，提供高分辨率且仅需极小样品量，但其面临低浓度灵敏度和重现性问题。此外，若干已报道的基于免疫分析的方法虽然快速，但面临与埃罗替尼代谢物——尤其是OSI-420——的交叉反应问题，可能导致对真实药物浓度的高估[14]。综合而言，这些局限性凸显了开发新型、高灵敏度、高选择性、快速且经济的分析方法的迫切需求，该方法需能够在复杂生物基质中以痕量水平可靠地检测埃罗替尼，以服务于临床和研究应用。

碳点（CDs）自2004年意外发现以来，凭借其优异的光学性能、超小尺寸（通常低于10 nm）、出色的生物相容性、低细胞毒性和相较于传统有机染料和半导体量子点的卓越光稳定性，已成为一类极具前景的荧光纳米材料。其表面富含官能团——主要为羟基、羧基和氨基——为进一步的化学功能化提供了丰富的活性位点，同时赋予其优异的分散性和胶体稳定性[15]、[16]。通过在碳点框架中掺入氮、硫或磷等杂原子，或将特定分子接枝到其表面，制备的功能化碳点展现出显著提高的量子产率和改善的选择性，使其相较于未修饰 counterparts 成为更优的传感平台[17]。在众多功能化策略中，将叠氮基（-N?）引入碳点表面引起了特别关注，因为叠氮功能化碳点结合了碳点卓越的优异光学性能与叠氮基的独特反应性[18]、[19]。叠氮基因其参与铜催化的叠氮-炔基环加成反应（CuAAC）而闻名——这是点击化学的标志性反应之一——能够在温和条件下与含炔基分子实现高度特异性、快速且生物正交偶联，产生可测量的荧光强度变化，构成灵敏检测系统的基础[20]、[21]。叠氮功能化碳点通常通过水热或微波辅助方法，使用含叠氮前体合成，或通过重氮转移反应或碳二亚胺介导的偶联进行合成后表面修饰[22]。所得探针展现了卓越的解析性能，检测限可达纳摩尔级，具有宽线性动态范围、快速响应时间和高选择性，即使在复杂基质中亦然，彰显其作为下一代药物、生物医学和环境应用荧光探针的巨大潜力。

本工作首次介绍了一种利用叠氮功能化碳点（N?-CDs）作为高选择性荧光探针的新型基于荧光的埃罗替尼检测传感策略，利用了铜催化的叠氮-炔基环加成（CuAAC）点击化学的原理。本工作的基本理念源于埃罗替尼独特的分子结构，其化学结构中固有末端炔基——这一特征在以往的分析方法中基本被忽视，却使其成为CuAAC点击反应中叠氮基探针的理想反应伙伴。在Cu(I)催化剂存在下，将叠氮功能化碳点与埃罗替尼混合，碳点表面叠氮基与埃罗替尼末端炔基之间发生高度特异且不可逆的1,3-偶极环加成反应，形成稳定的三唑键，引起碳点荧光发射的显著且浓度依赖性变化，从而提供与埃罗替尼浓度直接成正比的定量分析信号。本方法的创新性体现在多个方面：首先，这是点击化学原理在埃罗替尼分析检测中的首次应用，将一个成熟的合成反应转化为强效且特异性的识别机制；其次，使用碳点作为荧光支架相较于传统荧光探针具有固有优势，包括成本低廉、合成简便、出色的生物相容性和可调的光学性能；第三，通过CuAAC形成的三唑键的共价性质确保了相对于结构不相关化合物对埃罗替尼的高选择性，因为该反应严格依赖于末端炔基的存在，有效消除了困扰许多现有传感平台的非特异性相互作用。此外，预计该策略将在患者血浆和尿液中遇到的临床相关浓度范围内实现优异的灵敏度，使其有可能在不依赖昂贵仪器或复杂样品制备的情况下应用于治疗药物监测。综合而言，本工作呈现了一个概念上创新、化学上优雅且实用上具有优势的传感平台，不仅推动了埃罗替尼检测分析化学的发展，还展示了点击化学驱动的碳点探针作为选择性检测含炔基药物化合物通用范式的广泛用途。

小段落标题

材料与方法试剂

埃罗替尼、吉非替尼、阿法替尼、奥希替尼、顺铂、蔗糖、L-叠氮基高氨酸盐酸盐、五水合硫酸铜（CuSO?·5H?O）、紫杉醇、抗坏血酸钠和二甲基亚砜（DMSO；用于配制埃罗替尼储备液）均购自美国Sigma-Aldrich公司。人血清白蛋白（HSA）、血红蛋白和胆红素购自美国Thermo Fisher Scientific公司。截分子量1 kDa的Spectra/Por? 6再生纤维素透析管亦

N?-CDs的表征

透射电子显微镜（TEM）显示，合成的N?-CDs具有均匀的准球形形态，良好的单分散性和均匀分布，未观察到显著团聚（图1A）。对TEM显微图像中150个单个颗粒的分析显示，平均粒径为5.6 ± 1.2 nm，粒径分布直方图（图1A插图）确认其尺寸范围窄，为2-8 nm，与碳点的纳米尺度尺寸一致

结论

本工作成功展示了基于N?-CDs的新型荧光分光光度平台的发展与验证，该平台利用CuAAC点击化学的特异性作为分析识别机制，实现了对埃罗替尼的灵敏且选择性测定。碳点表面叠氮基与埃罗替尼末端炔基之间形成的共价三唑键提供了高选择性，这是该方案区别于

CRediT作者贡献声明

Yousef A. Bin Jardan：验证、经费获取、形式分析、概念构思。Al-Montaser Bellah H. Ali：原稿撰写、软件、资源、方法论、形式分析、数据管理。Ashraf M. Mahmoud：验证、调查、形式分析、概念构思。Mohamed M. El-Wekil：可视化、监督、调查、概念构思。Ramadan Ali：验证、资源、调查、数据管理。Omnia A.E. Mahmoud：监督、资源、调查。

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知可能影响本文报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢沙特阿拉伯利雅得沙特国王大学持续研究资助计划（ORF-2026-457）。本研究还得到忠南大学2026年研究资助的支持。本工作还得到顺天乡大学研究基金、韩国政府（MSIT）资助的韩国国家研究基金会（NRF）拨款（RS-2025-00517697），以及硕士、博士和博士后全球学习与学术研究机构（G-LAMP）计划的支持。

Yousef A. Bin Jardan | Al-Montaser Bellah H. Ali | Ashraf M. Mahmoud | Mohamed M. El-Wekil | Ramadan Ali | Omnia A.E. Mahmoud | Nurul Y. Rahim | Fahad T. Alotaibi | Mohamed R. Elmasry | Jung-Hoon Lee | Jong Pil Park