基于三苯 [3]芳烃的主 - 客体荧光传感器用于尿液中酸性氨基酸的便携式目视检测

《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》：Triphen[3]arene-based host–guest fluorescent sensor for acidic amino acids with portable visual detection in urine

　　

• •
  一种水溶性三苯[3]芳烃（WTP3）能够与viologen形成稳定的主-客体组装体。
• •
  协同氢键和静电相互作用主导了对Asp和Glu的选择性识别。
• •
  便携式荧光传感平台通过RGB读数实现尿液的现场分析。

引言

氨基酸是酶、激素、蛋白质和多肽的基本结构单元，在生长、发育和代谢调节中发挥着不可或缺的作用[1], [2]。其中，天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）作为酸性氨基酸，是中枢神经系统的 key 兴奋性神经递质，参与认知和记忆等高级功能的调节[3], [4], [5]。其浓度失衡与帕金森病等神经退行性疾病的发病机制密切相关[6], [7]，同时它们还参与能量代谢和三羧酸循环，从而维持生理稳态[8], [9], [10]。尿液作为代谢终产物，易于获取并直接反映机体的代谢状态[11], [12]。在生理条件下，尿液氨基酸水平极低且稳定；异常变化可能提示代谢缺陷、肾小管功能障碍或肝功能受损[13], [14]。因此，开发能够准确、灵敏地检测尿液中酸性氨基酸的材料具有重要的临床意义[11], [15]。目前，已开发出多种氨基酸检测技术，包括电化学方法[16], [17]、色谱法[18], [19]、酶法测定[22], [23]和大环主-客体荧光检测方法[24], [25], [26]。其中，荧光检测技术因操作简便、灵敏度高、选择性良好以及便携式试纸可视化传感等特点而脱颖而出[27], [28], [29]，在高效检测和动态追踪方面展现出广阔的应用前景[30], [31]。

近年来，超分子主-客体组装策略为分子识别提供了新的途径[26], [32], [33], [34]。主-客体组装是指主分子和客体分子通过非共价相互作用自发形成有序结构的过程[35]。这些组装体的动态可逆特性使其能够通过竞争或协同效应实现对目标化合物的高选择性识别[36]。其中，大环芳香族化合物，特别是三苯[3]芳烃衍生物，由于其刚性的三维结构、良好的水溶性以及富电子空腔，能够与缺电子客体形成电荷转移相互作用，从而有效提高传感灵敏度和选择性，因此受到了广泛关注。然而，目前很少有宏环超分子试纸平台能够满足实际的尿液氨基酸检测需求。在此，我们开发了一种荧光传感系统，并将其与平行报道的工作进行比较，以突出其独特优势。

在此，我们成功构建了一种针对酸性氨基酸的超分子荧光传感系统WTP3-CBV，该系统通过水溶性三苯[3]芳烃主分子WTP3与基于viologen的客体分子CBV之间的主-客体组装形成。所得组装体对酸性氨基酸天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）展现出优异的选择性识别能力，并具有良好的抗干扰性能。机理研究表明，识别过程涉及协同氢键和静电相互作用。此外，通过开发试纸并将WTP3-CBV组装体的实际应用进行了拓展，将其与智能手机集成建立了智能检测平台，实现了对尿液样本中酸性氨基酸的快速可视化定量。这项工作为开发用于实际生物分析应用的超分子传感系统提供了有前景的策略。

章节摘要

结果与讨论

首先，利用荧光光谱法研究了主环分子WTP3与客体分子CBV之间的相互作用。如图1所示，加入CBV后，WTP3的荧光被高效猝灭，Stern-Volmer猝灭常数（K_sv）为4.09×10⁵ M^?1。这种显著的猝灭行为表明WTP3与CBV之间存在强结合，结合常数（K_a）测定为4.92×10⁷ M^?1，属于高亲和力范围。此外，Job的

结论

综上所述，基于水溶性三苯[3]芳烃主分子与viologen客体之间的主-客体相互作用，成功构建了一种超分子荧光传感系统（WTP3-CBV）。该组装体表现出显著的荧光调制效应，能够选择性和灵敏地识别酸性氨基酸（Asp和Glu），且具有低检测限和优异的抗干扰能力。机理研究表明，结合模式涉及氢键和

CRediT作者贡献声明

姚红（Hong Yao）：项目主管，资金获取。窦哲正（Zhezheng Dou）：撰写——审阅与编辑，数据整理。孙项婷（Xiangting Sun）：数据整理。陶少平（Shao-Ping Tao）：资源提供。杨敏康（Minkang Yang）：软件。史雅轩（Yaxuan Shi）：资源提供。石冰冰（Bingbing Shi）：概念化。魏太保（Tai-Bao Wei）：调查研究。林琪（Qi Lin）：资金获取。

未引用参考文献

[20], [21]

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能被认为影响了本文报告的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（NSFC）（编号：22471222，22165027，22571259）、甘肃省高校产业支持计划项目（编号：2022CYZC-18）和甘肃省创新引导计划（编号：26CXGA022）的资助。

姚红（Hong Yao）于2013年获得西北师范大学博士学位。目前她是西北师范大学化学系副教授。她的研究方向包括超分子化学和无机化学。

姚红|窦哲正|孙项婷|陶少平|杨敏康|史雅轩|石冰冰|魏太保|林琪