单一事件双信号：利用硒纳米材料本征双功能实现游离硫醇的信号开启圆二色与比色传感

《Biosensors》：Two Signals from One Event: Exploiting Intrinsic Dual-Functional Selenium Nanomaterials for Signal-On Chiroptical and Colorimetric Sensing of Free Thiols

　　

游离硫醇的快速识别在药品质量控制和食品安全中至关重要。研究人员通过利用硒（Se）纳米材料的本征双功能性，提出“单一事件双信号”的传感概念，构建了面向游离硫醇的信号开启双模式传感平台。单一事件为硫醇触发的种子生长：游离硫醇与L-半胱氨酸（L-Cys）修饰的Se种子相互作用，驱动种子融合与结晶，形成手性三方硒（t-Se）结构。同一事件同时产生两种读出：由粒径增大引起的比色响应（紫外-可见吸收红移），以及由长程手性有序产生的开启式圆二色（CD）信号。该方法对多种游离硫醇的检测阈值为10 μmol/L，从种子制备到信号读出可在60 min内完成，无需复杂仪器。其作为总游离硫醇的通用指示，不区分单一硫醇种类。阈值以上，浓度依赖的颜色加深与光谱红移可提供半定量浓度区间估计。以商品化片剂中D-青霉胺（D-Pen）检测验证了实用性。该策略为现场游离硫醇筛查提供了途径，并凸显了手性无机纳米材料通过手性转移与放大在多模式传感中的潜力。

研究背景方面，游离硫醇（-SH）是化学性质极活泼的官能团，低分子量硫醇如L-半胱氨酸（L-Cys）、D-青霉胺（D-Pen）和L-谷胱甘肽（L-GSH）在制药与食品领域意义重大。传统高效液相色谱与荧光法灵敏但需熟练操作、冗长前处理及探针合成，难用于现场快筛；常规纳米比色法多为单信号，可靠性受限。手性分子本身CD信号弱且限于紫外区，而无机-有机界面手性转移可将其放大并红移至可见区。三方硒（t-Se）具尺寸依赖可见吸收与螺旋链手性晶格（空间群P3₁21或P3₂21），天然集比色与手性光学双功能于一身，但小尺寸非晶种子CD静默，需经种子生长放大长程手性有序。研究人员据此在《Biosensors》报道一种基于硫醇触发Se种子手性放大的信号开启双模式平台，实现“单一事件双信号”。

主要关键技术方法上，研究人员以抗坏血酸（AA）还原二氧化硒（SeO₂）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）分散、L-Cys表面修饰合成L-Se种子；将种子重悬于乙醇形成过饱和体系，加入不同浓度硫醇室温静置20 min诱导奥斯特瓦尔德熟化（Ostwald ripening）与融合结晶；并行用紫外-可见分光光度计与J-1500圆二色光谱仪读取比色与CD信号，透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱表征形貌晶相与Se-S键形成；以氨基酸、糖、金属离子为干扰，以商品化D-Pen片剂水溶液过滤稀释液为真实样本验证。

研究结果部分，3.1节制备与表征L-Se种子：TEM见纳米颗粒连 Ribbon 状结构，能谱（EDS）检出Se/S/O，XRD呈非晶宽峰，紫外-可见主峰约550 nm，CD全谱静默，证实种子无长程手性有序。3.2节比色与手性光学双模响应：随L-Cys浓度0→40 μmol/L，裸眼色由淡黄转橙黄至红棕，10 μmol/L可辨；紫外-可见主峰由553 nm红移向610 nm（≥20 μmol/L显著）；CD在5 μmol/L即现418 nm负信号，随浓度增强并分化为短波负峰、中波正峰、长波负峰，峰位红移。D-Pen与L-GSH同趋势，证明方法响应总游离硫醇而非单一物种，CD通道比色色觉更敏（5 μmol/L vs 10 μmol/L）。3.3节选择性：100 μmol/L抗坏血酸、苯丙氨酸、蛋氨酸（甲硫基非巯基）、葡萄糖、Zn²⁺、Cu²⁺等均不引色变与CD；但Zn²⁺/Cu²⁺与L-Cys共存时因络合封闭-SH而无响应，说明方法特识“游离”硫醇。3.4节商品片剂验证：20与40 μmol/L D-Pen提取液复现标准品色变、红移与CD增强趋势，证明半定量估计适用于含辅料真实样本。

讨论部分指出，乙醇为不良溶剂造高过饱和热力学驱动力，表面L-Cys经Se-S键吸附降低活化能、促Se原子迁移重排，加速奥斯特瓦尔德熟化使小种子溶解、大种子长大并结晶为t-Se；粒径增大致比色红移，长程螺旋链晶格建立致CD开启放大。种子合成期L-Cys/D-Cys决定产物镜像CD，生长期外加硫醇不论L/D皆促生长，故方法不分辨对映体。比色通道≥10 μmol/L作无仪器初筛，CD通道≥5 μmol/L作确认。方法属阈值筛查而非精确定量，阈值以上颜色加深与峰移提供半定量区间；局限为不区分硫醇种、不测金属络合或二硫键总硫醇、非线性定量。

结论部分翻译：综上，研究人员利用Se纳米材料本征双功能（尺寸依赖吸收与手性晶格）践行“单一事件双信号”，构建游离硫醇信号开启双模平台；同一硫醇触发种子生长事件同步给出比色（粒径演化）与开启CD（长程手性有序）双读出，60 min内以低成本试剂达10 μmol/L阈值，阈值以上经色深与红移半定量，通用响应总游离硫醇，商品D-Pen片剂验证实用。该工作表明单种无外标材料凭本征性质即可输出互补双信号，为多模传感及手性无机纳米材料应用提供范式。