基于MIL-100(Fe)@AgNPs的SERS传感平台用于患者血浆中去甲肾上腺素/腺苷的监测

《Analytica Chimica Acta》：SERS Sensing Platform Based on MIL-100(Fe)@AgNPs for Norepinephrine/Adenosine Monitoring in Patient Plasma

　　

摘要

交感神经过度激活与心血管疾病（CVDs）密切相关。在本研究中，我们开发了一种新型MIL-100(Fe)@Ag表面增强拉曼散射（SERS）基底，用于同时有效检测血浆去甲肾上腺素（NE）和腺苷——两种关键的交感激素。利用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等技术对基底的微观形貌和晶体结构进行了表征。在机理方面，使用Gaussian计算了检测分子的HOMO-LUMO能级。该基底通过局域表面等离子体共振和界面电荷转移的协同效应实现了双重SERS增强机制。因此，MIL-100(Fe)@Ag平台对去甲肾上腺素和腺苷表现出高灵敏度定量检测能力：去甲肾上腺素的检测限为0.596 nmol/L；腺苷的检测限为0.24 nmol/L。关键在于，当应用于嗜铬细胞瘤患者——一种以血浆儿茶酚胺激增为特征的神经内分泌肿瘤时，该方法实现了对血浆去甲肾上腺素的稳健且稳定的检测。该方法提供了与常规质谱法相当的诊断准确性，同时显著降低了分析复杂度。因此，这种创新策略可能对于心血管疾病或相关临床疾病风险人群交感神经活动的长期、去中心化监测具有巨大潜力。

引言

交感神经和迷走神经系统作为内部生理功能的主要调节者，动态维持稳态并促进对外部和内部环境变化的适应性反应[1]。交感神经的兴奋可导致儿茶酚胺的释放，儿茶酚胺作用于心脏肾上腺素能受体（α1、β1肾上腺素能受体），实现直接的变时性、变力性和升压作用，以及影响糖脂代谢[2]，[3]。然而，该神经内分泌系统的过度激活形成恶性代谢-血流动力学循环，直接导致高血压、胰岛素抵抗和血脂异常等代谢综合征，并促进心血管疾病（CVDs）的进展[4]。在冠心病患者中，升高的交感神经活动增加了恶性心律失常的风险，并与左心室射血分数呈负相关[5]。此外，它是心肌梗死后死亡率的显著独立预测因子[4]，[6]。

鉴于心血管疾病在全球范围内造成的沉重负担，高效快速地实施交感神经功能监测将显著增强疾病的防控能力。血浆去甲肾上腺素浓度是反映交感神经系统活动的重要指标[7]。腺苷参与心脏交感神经活动的代谢调节，在心肌缺血期间，心脏释放的腺苷激活心脏交感传入神经，导致反射性交感兴奋[8]。因此，准确快速地检测体内去甲肾上腺素和腺苷水平有助于评估交感神经系统功能，从而有助于相关心血管疾病的监测和预防。

传统的神经递质检测和化学方法包括电化学检测[9]、比色生物传感器[10]和免疫分析[11]。由于生物流体中物质浓度低以及不同物质之间化学结构的相似性降低了选择性，这些方法在实际应用中面临挑战。质谱（MS）具有高精度，但其仪器笨重、缺乏便携性以及对熟练操作人员的依赖限制了其可及性[12]，[13]，[14]。在本研究中，我们设计利用SERS技术实现对血浆中去甲肾上腺素和腺苷——影响交感神经活性的激素——的准确快速鉴定。

在检测过程中，金属有机框架（MOFs）被用于从生物液体的复杂组分中提取信号。MOF是一类有趣且有用的配位聚合物，由通过配位键连接的金属离子/簇节点和功能性有机配体构建而成，广泛应用于生物医学领域[15]，[16]，[17]，[18]。由于其巨大的孔隙率、高表面积以及通过改变无机部分的连接性和有机连接体的性质来调节孔径和形状的能力。定向MOF设计有利于在实际检测过程中消除血浆样品中小分子的干扰。

在本研究中，MIL-100(Fe)@Ag纳米复合材料被创新性地合成。MIL-100(Fe)由Fe³⁺和三苯甲酸（BTC）组成[19]，它可以有效地识别并直接捕获交感神经功能指标（去甲肾上腺素和腺苷），无需标记或化学修饰。通过优化MIL-100(Fe)与银纳米颗粒（AgNPs）的比例，可以最大化由表面电磁场效应驱动SERS信号的指数级增强。在实验中，我们排除了血浆中蛋白质、葡萄糖和氨基酸等分子的干扰，并对去甲肾上腺素和腺苷进行了定量分析。基于去甲肾上腺素1482 cm^-1和腺苷732 cm^-1处的SERS强度构建了标准曲线。值得注意的是，在嗜铬细胞瘤患者中，该方法实现了对血浆去甲肾上腺素的稳定检测，并显示出与临床实践中常规质谱法强相关性和可比的分析性能。这表明SERS技术在交感神经相关激素检测中的潜在应用。

章节片段

材料

氯化铁六水合物（FeCl₃·6H₂O）、BTC、去甲肾上腺素、腺苷、硝酸银（AgNO₃）、柠檬酸钠（C₆H₅Na₃O₇）、甲酸（CH₂O₂）、氨水（NH₃·H₂O）、葡萄糖（C₆H₁₂O₆，99.5%）、抗坏血酸（AA）、酪氨酸（Tyr）、丙氨酸（Ala）和甘氨酸（Gly）购自阿拉丁生化科技有限公司。乙腈（C₂H₃N）和甲醇（CH₄O），作为蛋白质沉淀剂，分别购自凯密欧和福宇化工有限公司。胎牛血清购自

MIL-100(Fe)@Ag的表征

MIL-100(Fe)@Ag的合成过程如图1a所示。AgNPs和MIL-100(Fe)分别通过柠檬酸钠还原法和溶剂热法合成。随后，成功合成了MIL-100(Fe)@Ag复合材料。透射电子显微镜（TEM）图像显示，AgNPs以卫星构型分布在MIL-100(Fe)基质周围，AgNPs直径为50-58 nm，MIL-100(Fe)直径为245 nm（图1b）。同时，能量

结论

总之，我们开发了一种新型可靠的SERS基底，首次聚焦于两种重要的代谢物质——去甲肾上腺素和腺苷，用于评估交感神经功能。优化的MIL-100(Fe)@Ag基底表现出优异的性能，去甲肾上腺素的检测限达到0.596 nmol/L，腺苷的检测限达到0.24 nmol/L。重要的是，我们实现了嗜铬细胞瘤患者血浆中去甲肾上腺素水平的测定。对于去甲肾上腺素的检测，SERS表现出

CRediT作者贡献声明

Peng Zhao：撰写——初稿、概念化。Yueyan Li：形式分析、数据管理。Kai Liu：撰写——初稿。Yuheng Wu：调查。Xiaofang Ban：概念化。Xiaohong Wu：资源。Jiaqi Liu：形式分析、数据管理。Fan Wang：监督。Ziyi Cheng：方法论。Feng Lin：撰写——审查与编辑。Shuo Li：可视化。Qingnan Zhao：撰写——审查与编辑、方法论、资金获取。Huifang Tang：撰写——审查与编辑、资助

利益冲突声明

作者声明他们没有利益冲突。

数据可用性

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资助

本工作由以下基金项目资助：非传染性疾病——国家科技重大专项（2024ZD0528200）、创新平台与人才计划（2023TP1047）、湖南省卫生高层次人才科研项目（R2023131）、南华大学第一附属医院临床科研4310项目（20214310NHYCG03）、黑龙江省自然科学基金（QC2025H030）以及黑龙江省重点研发计划

竞争利益声明

? 作者声明他们没有任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能会被认为影响本论文中报告的工作。

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哈尔滨医科大学附属药学院有机化学系，中国黑龙江省哈尔滨市保健路157号，邮编150081