基于自组装银纳米线的含肌酐内标的SERS传感器用于尿液中尿酸的检测

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：A self-assembled silver nanowire-based SERS sensor with creatinine internal standard for the detection of uric acid in urine

　　

• •
  采用一种简单且低成本的三相界面自组装方法，成功制备了高质量的Ag NWs@CTAC阵列。
• •
  以肌酐作为内标物，确保了检测的准确性。
• •
  带正电荷的CTAC层通过静电吸附带负电荷的尿酸，增强了选择性。

引言

尿酸（2,6,8-三羟基嘌呤，UA）是一种白色结晶化合物，在生理溶液中的溶解度较差[1]。由于缺乏尿酸酶活性，UA被认为是人体内嘌呤代谢的最终产物[1]。人体血清和尿液中UA的正常浓度通常分别为0.12–0.46 mM和1.4–4.4 mM[2]。生理液体中UA的浓度是各种病理状况的关键临床生物标志物，包括高尿酸血症、痛风、肾功能不全和Lesch-Nyhan综合征[3]、[4]。目前，UA的定量检测依赖于血清分析的临床金标准，需要进行有创静脉穿刺。这一操作会给患者带来不适和感染风险，从而影响长期监测的依从性[5]。相比之下，尿液分析凭借其无创特性和关键生物标志物的易获取性，成为一项有前景的替代方案。UA的长期升高与肾脏、心血管和脑血管疾病以及痛风性关节炎的风险增加相关。相反，UA水平异常偏低可能作为多发性硬化症、再生障碍性贫血和神经系统疾病的潜在生物标志物[6]、[7]。因此，开发一种准确且快速的UA检测方法对于早期诊断和预防性医疗具有重要意义。

目前，已有多种技术可用于尿液中UA的检测，包括荧光分析法[8]、高效液相色谱-质谱联用法[9]、[10]和电化学方法[11]。基于荧光的检测方法通常与尿酸酶或化学探针联用。在尿酸酶介导的方法中，UA经酶促氧化生成过氧化氢（H?O?），随后H?O?在荧光系统中参与二次反应，从而实现UA的间接定量[8]、[12]。化学探针可通过氧化还原反应、配位相互作用或能量转移过程直接与UA间接作用，导致荧光信号发生可测量的变化，从而实现分析物的检测[13]。荧光法具有显著优势，但其发展受到信号对检测环境高度敏感及易受干扰物质影响的限制。Sakurai等人开发了一种液相色谱/质谱（LC/MS）方法，可同时定量检测人尿液中的UA、尿素和肌酐。然而，在进行LC/MS分析之前，样品需要经过稀释、离心和过滤等预处理步骤，这不可避免地延长了整体检测时间[10]。电化学检测UA通常采用尿酸酶修饰电极，其中酶催化UA氧化产生H?O?；生成的H?O?则被定量测量，作为确定UA浓度的依据。然而，酶法面临储存过程中酶不稳定的挑战，并可能增加检测的整体成本[11]。鉴于这些局限性，迫切需要一种快速且高稳定性的尿酸尿液检测传感平台。

表面增强拉曼光谱（SERS）作为一种分子"指纹"技术，克服了传统方法的局限性。它利用金属纳米结构表面的局域表面等离子体共振（LSPR），增强了吸附在或接近金属纳米结构表面的目标分子的拉曼散射[14]、[15]。其中，银纳米结构因其优越的电磁场增强效应和更宽的等离子体共振可调性而备受青睐。最显著的增强效应出现在纳米颗粒之间的纳米间隙中，即所谓的"热点"，其中集中的电磁场可产生约10ⁿ量级的增强因子（EF）[16]。然而，由于传统制备方法中纳米颗粒的随机聚集，实现均匀且可重复的热点仍然具有挑战性，导致信号均匀性较差。为解决这一问题，自组装策略作为一种构建有序纳米结构的有力方法应运而生，从而能够制备大面积均匀的SERS基底。通过保留分析物的固有振动指纹信息，SERS能够实现灵敏的识别和定量分析[17]。SERS将高灵敏度、固有的分子特异性和操作灵活性相结合，使其成为识别和表征生物及化学分子或结构的一种有力工具[18]、[19]、[20]、[21]。然而，SERS的实际应用往往受到基底重现性、均匀性和稳定性不足的阻碍。因此，开发一种同时兼具高灵敏度和优异信号均匀性的SERS平台仍然是当前的关键研究重点。

在本研究中，我们提出了一种稳健可靠的基于SERS的策略，用于人尿液中UA的定量检测（图1）。该基底通过三相界面自组装方法制备，形成高度有序的Ag NWs@CTAC阵列。这种自组装结构提供了高密度且可重复的SERS热点，确保了信号均匀性和增强效果。为实现分析准确性和精确度，我们采用尿液中存在的肌酐作为内源性内标物。该方法有效避免了复杂介质中SERS定量分析的常见陷阱。校准曲线通过UA特征峰面积与肌酐峰面积之比建立，该比值与UA浓度呈线性关系。这一概念验证研究表明，我们基于Ag NWs@CTAC的SERS平台结合内标校准法，在快速、灵敏、准确地监测复杂生物液体中与临床相关的生物标志物方面具有巨大潜力。

章节摘要

材料与试剂

UA（尿酸）、硝酸银（AgNO₃）、氯化钠（NaCl）、乙二醇（EG）、二氯乙烷（C₂H₄Cl₂）、正己烷（C₆H₁₄）和乙醇（C₂H₅OH）购自国药化学试剂有限公司（上海，中国）。十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、柠檬酸钠（CA）、十二烷基三甲基氯化铵（DTAC）、十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP K88–96）、肌酐、十二水磷酸氢二钠（Na₂HPO₄

Ag NWs的表征

通过SEM、UV–vis吸收光谱、XRD和Zeta电位分析，确认了Ag NWs的成功合成。图S2A所示的SEM图像显示，Ag NWs具有均匀的粒径和清晰的边缘。为考察Ag NWs的光吸收特性，在330–650 nm的波长范围内记录了所制备Ag NWs的紫外-可见吸收光谱（图S2B）。在377 nm处观察到一个清晰的吸收峰，在350 nm处出现一个肩峰

结论

我们开发了一种高性能SERS传感器，用于人尿液中UA的定量检测。该传感器基于排列有序的Ag NWs@CTAC阵列，通过三相自组装方法制备。其有序结构提供了高密度且可重复的SERS"热点"，实现了对UA的灵敏检测。为提高分析准确性和重现性，我们引入了肌酐作为内源性内标物。此外，该传感器实现了UA

AI辅助技术声明

在撰写本文的过程中，作者使用了DeepSeek来增强英语语言的质量和语法。使用此工具后，作者仔细审阅、编辑和修改了内容，并对已发表文章的原创性、准确性和完整性承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明，不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了湖北省教育厅科学研究项目（项目编号：T2024036）、中国博士后科学基金（2025M773178）和湖北省自然科学基金（2026AFB366、2026AFC1035）的资助。

Jiang Panpan|Gao Nan|Wu Yuxiang