基于PDDA@过氧钼酸盐复合体的胆红素双模式比色传感：一种用于即时检测的分光光度法平台及低成本棉签传感器

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Dual-mode colorimetric sensing of bilirubin using a PDDA@peroxomolybdate composite: A spectrophotometric platform and cost-effective cotton-swab sensor for point-of-care testing

　　

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  制备了PDDA@过氧钼酸盐复合材料，用于胆红素的双模态检测。
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  开发了一种分光光度检测平台和一个低成本棉签传感器。
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  通过智能手机实现了胆红素的可视化即时检测。
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  双模态传感器已成功应用于临床血清样本。

引言

胆红素是一种黄橙色的四吡咯色素，主要作为衰老红细胞正常清除过程中血红蛋白降解的副产物生成。[1], [2]。形成后，非结合胆红素（UC-BLR）本质上不溶于水，会与血清白蛋白结合，通过血液运输至肝脏。在肝组织中，UC-BLR与葡萄糖酸发生结合反应，形成可溶于水的结合胆红素（C-BLR），随后排泄至胆管，并通过胃肠道排出，其中细菌酶会进一步将其转化为尿胆原。[3], [4]。在健康的成年人中，血清总胆红素的生理浓度通常在0.30至1.20 mg/dL之间，其中包含C-BLR（0–0.20 mg/dL）和UC-BLR（0.20–1.00 mg/dL）。然而，影响肝功能、胆囊完整性或红细胞存活的病理状况可使血中胆红素水平急剧升高。[4]。当血清浓度超过2.0至3.0 mg/dL的临界阈值时，胆红素过度积累并沉积于体内组织中，表现为黄疸，即临床可见的皮肤和巩膜黄染[3]。因此，精确快速地测定胆红素水平对于评估肝功能、诊断胆道疾病以及监测新生儿溶血状况至关重要。

迄今为止，已建立了多种分析方法用于临床胆红素的定量测定。生物样本中的胆红素检测通常采用直接光谱估算法或pH依赖性重氮反应法。直接光谱法的主要缺点在于血红素蛋白引起的谱线干扰。虽然其他方法，包括极谱法、荧光法、酶分析法、毛细管电泳、高效液相色谱、化学发光和电化学传感等已被用于检测胆红素，但其广泛应用受到限制。这一局限源于设备成本高、操作时间长以及需要熟练技术人员，使其不适合常规检测[5], [6], [7]。临床上常用的检测胆红素水平的方法主要是比色法。基于纳米粒子的胆红素检测方法作为传统临床检测的高灵敏、快速且创新替代方案。这些先进方法利用纳米材料独特的光学、磁性和催化性质，检测和定量血液、血清或尿液等临床样本中的胆红素水平。近年来，已记录了各种利用纳米粒子的光谱技术，从分光光度法和荧光分析到基于纸张的比色方法[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]。此外，代谢驱动的比色"即测即答"传感器阵列[16]、与功能金属有机框架集成的微流体传感器网络[17]、自动化费马螺旋基即时检测设备[18]以及便携式双模芯片分析平台[19]等先进诊断架构的持续演进，凸显了现代即时检测中智能手机辅助和可视化生物分子监测快速扩展的前景。

多金属氧酸盐（POMs）及其相关过氧酸盐衍生物是具有重要价值的无机金属氧簇，具有迷人的理化性质和结构适应性[20]。在绿色催化领域，过氧钼酸盐和过氧钒酸盐已作为出色的氧化还原催化剂脱颖而出[21], [22]。钼和钒的可变氧化态使这些簇团能够快速进行可逆的电子和氧转移循环[23]。最近的设计策略进展，如有机-无机杂化物的制备[24]或在水溶性基质上的固定化，显著提高了这些过氧功能化催化剂的稳定性、周转频率（TOF）和寿命[25]。聚合物负载的过氧钼酸盐在可持续有机合成和环境修复中具有广泛用途。由于其高氧转移效率和异质性，这些大分子复合物主要用于各种有机底物的化学选择性和区域选择性氧化，如烯烃环氧化、硫醚亚砜化和伯/仲醇向羰基化合物的转化。在精细化学品合成之外，其稳健的性质使其可用于环境绿色技术，包括工业燃料的氧化脱硫（ODS）和废水中有害有机污染物的催化降解[26]。此外，它们作为卤过氧化物酶酶的优良仿生功能模型，可在无卤化合物和温和条件下推动卤化途径。将活性过氧钼酸根阴离子整合到聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）基质中，利用了聚合物季铵阳离子与氧-过氧金属簇之间强烈的静电吸引作用[27]。PDDA因其pH无关的高电荷密度和优异的结构柔顺性而成为出色的宏观分子支架。这种静电框架有效地将MoO(O₂)₂^2?核心固定到位，确保了分子水平的超均匀分散，同时抑制了有害的金属向有机反应相的浸出。

本研究旨在引入一种使用PDDA@过氧钼酸盐复合材料的双模态比色平台，以满足可及性胆红素监测的需求。通过将先进的分光光度检测与简单、廉价的棉签传感器相结合，该平台旨在同时提供实验室级精度和用户在即时检测点便捷的可视化筛选能力。合成复合材料的白色外观使其非常适合固态监测，为明显的颜色转变提供了优良的背景。因此，产生的蓝色棉签可以轻易地被肉眼观察到，而基于智能手机的数字图像分析则为定量和半定量监测提供了精确的数据读出。

各节摘要

试剂

胆红素、胆绿素、CH₃COOH（100%）、H₂SO₄、乙醇、聚二烯丙基二甲基氯化铵（分子量约240,000）、Nafion? 115溶液、牛血清白蛋白（BSA）、人血红蛋白、来自牛肠黏膜的碱性磷酸酶（ALP）、谷丙转氨酶（ALT）、谷草转氨酶（AST）、葡萄糖、抗坏血酸（AA）、NaCl、CaCl₂、NaOH和多巴胺（DA）均购自Sigma-Aldrich。MoO₃、H₂O₂（30%，w/v）和甘油三酯购自Supelco。胆固醇，

复合材料的表征

在典型步骤中，使用多种先进技术系统地表征了PDDA@PMo纳米粒子的形貌、结构和组成。为鉴定结构中官能团和化学键，记录了傅里叶变换红外（FTIR）光谱。FTIR分析（图2A）证实了PDDA聚合物成功连接到PMo复合物上。纯PDDA（绿色曲线）显示了对应于-NR₃⁺（3362和1639 cm^?1）和CH

结论

本研究成功开发并验证了一种利用过氧钼酸盐和PDDA纳米颗粒结构的创新性分光光度方法和实用性棉签传感器，用于成人和新生儿人血清样本中的胆红素测定。所提出检测方法的比较临床效用已通过金标准经典重氮法进行了严格验证。通过Student's t检验和F检验的统计评估证实，所开发的方法提供

生成式AI使用声明

作者仅使用AI辅助工具进行语言优化和可读性改进。作者对本工作中所呈现的科学完整性、分析和结论承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的相互竞争的财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

本研究由土耳其健康研究所（TüSEB）资助，项目编号39037。作者感谢伊斯坦布尔-切尔拉帕萨大学工程学院化学系提供仪器设施支持。

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