手性金纳米探针用于药物分子对映体的比色检测

doi:10.7503/cjcu20240352

摘要/Abstract

摘要：

基于金纳米粒子良好的光电特性, 以及移动智能设备良好的RGB传感性能, 设计了一种可用于快速检测R/S-苯丙氨醇、 R/S-布洛芬对映体分子的手性比色检测方法. 手性金纳米粒子识别对映体分子时表现出非共价相互作用, 如静电、氢键和亲(疏)水相互作用等, 使得纳米材料表面发生能量共振转移, 导致其趋于稳定和聚集, 进而显示出不同的颜色, 最终实现比色检测的目的. 在检测过程中加入铜离子(Cu²⁺), 由于Cu²⁺能同时与对映体分子和手性金纳米粒子形成配合物, 因此能够增强手性识别效果. 此外, 利用移动智能设备灵敏的RGB检测性能, 实现了R/S-苯丙氨醇、 R/S-布洛芬对映体分子的定量检测, 其检测限分别为124.35和104.58 μmol/L; 123.95和111.44 μmol/L. 同时, 该方法在一定的浓度范围内可实现对映体混合物的检测. 本研究应用手性金纳米粒子作为比色探针, 以移动智能设备为检测装置, 构建了一种快速便捷的检测方法, 在药物对映体分子检测方面具有潜在的应用价值.

关键词: 药物分子对映体, 金纳米粒子, 手性识别, 比色检测, RGB检测

Abstract:

Based on the good optoelectronic properties of gold nanoparticles and the good RGB sensing performance of mobile intelligent devices， a chiral colorimetric detection method for the rapid detection of R/S-phenylalamine and R/S-ibuprofen enantiomer molecules was designed. Chiral gold nanoparticles exhibit non-covalent interactions， such as electrostatic， hydrogen bonding， and hydrophilic（hydrophobic） interactions， which cause energy resonance transfer on the surface of nanomaterials， resulting in their stabilization and aggregation， and then show different colors， and finally achieving the purpose of colorimetric detection. The addition of copper ions（Cu²⁺） during the detection process can enhance chiral recognition because Cu²⁺ can form complexes with enantiomer molecules and chiral gold nanoparticles at the same time. In addition， the sensitive RGB detection performance of mobile intelligent devices was used to quantitatively detect the enantiomer molecules of R/S-phenylalamine and R/S-ibuprofen， and the detection limits were 124.35 and 104.58 μmol/L， 123.95 and 111.44 μmol/L， respectively. At the same time， the method can realize the detection of enantiomeric mixtures within a certain concentration range. In this work， chiral gold nanoparticles were used as colorimetric probes and mobile intelligent devices were used as detection devices to construct a fast and convenient detection method， which has potential application value in the detection of enantiomer molecules.

Key words: Drug enantiomer, Gold nanoparticle, Chiral recognition, Colorimetric detection, RGB detection

中图分类号:

O657

TrendMD:

谭晓萍, 吴宏伟, 王丹丹, 张金, 章俊辉. 手性金纳米探针用于药物分子对映体的比色检测. 高等学校化学学报, 2025, 46(2): 20240352.

TAN Xiaoping, WU Hongwei, WANG Dandan, ZHANG Jin, ZHANG Junhui. Chiral Gold Nanoprobes for Colorimetric Detection of the Drug Enantiomers. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(2): 20240352.

图/表 7

Fig.1 Ultraviolet spectra(A), TEM image(B), DLS(C) and circular dichroic chromatography(D) of L⁃Cys@AuNPs

Fig.2 Colorimetric and ultraviolet spectroscopic detection before and after adding drug enantiomers in L⁃Cys@AuNPsMolecular structures of R/S⁃phenylalanine， R/S⁃ibuprofen（A）， colorimetric（B， C） and ultraviolet spectra（D， E） before and after adding R/S⁃phenylalanine（B， D） and R/S⁃ibuprofen（C， E） in L⁃Cys@AuNPs.

Fig.3 Colorimetric(A, D) and RGB detection of L⁃Cys@AuNPs with the addition of the drug enantiomers(B, C, E, F)（A） Adding R/S-phenylalanine，（D） adding R/S-ibuprofen. Linear relationship of R value versus various concentrations of R-APP（B）， S-APP（C）， R-IBU（E） and S-IBU（F）.

Fig.4 Ultraviolet detection results after adding R/S⁃phenylalanine(A, B) and R/S⁃ibuprofen(C, D) with various concentrations in L⁃Cys@AuNPs

Fig.5 RGB detection of chiral drugs with different enantiomer excess values（A） R/S-phenylalanine；（B） R/S-ibuprofen.

Table 1 Detection of the enantiomers content through L-Cys@AuNPs

Number	Amount of enantiomers in the tested solution	e. e. value of the tested solution（%）	B⁃value	RGB detection e. e.（%）
1	S⁃APP∶R⁃APP=65∶35	30.0	42	26.6
2	S⁃IBU∶R⁃IBU=65∶35	30.0	55	32.7
3	S⁃IBU∶R⁃IBU=48∶52（Real sample）	4.0	61	9.5

Fig.6 Morphology(A—C) and particle size distribution(A′—C′) of L⁃Cys@AuNPs before(A, A′) and after adding R⁃APP(B, B′) or S⁃APP(C, C′)

参考文献 32

1	Sophie B.， Kyari Y.， Bruce P.， Environ. Pollut.， 2020， 262， 114364
2	Yu S.， Chatterjee S.， Liang F.， Zhu F.， Li H. B.， Chin. Chem. Lett.， 2021， 32， 179—183
3	Feng J. Q.， Zhong Q. S.， Zhou T.， Anal. Chem.， 2022， 94， 16222—16230
4	Lin C. Y.， Liu C. C.， Chen Y. Y.， Chiu K. Y.， Wu J. D.， Lin B. L.， Wang C. H.， Chen Y. F.， Chang Y. C.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2021， 13， 1152—1157
5	Wang L. B.， Su L. Q.， Han C. N.， Lü Y. R.， Anal. Sci.， 2018， 34（2）， 229—233
6	Wang J.， Zheng D.， Yang J. F.， Liang Q. Q.， Fang L.， Mod. Food， 2022， 28（10）， 170—172
7	Xia Y.， Zhou Y.， Tang Z.， Nanoscale， 2011， 3（4）， 1374—1382
8	Xiao K.， Meng L. X.， Du C. C.， Zhang Q. Q.，Yu Q.， Zhang X. H.， Chen J. H.， Sens. Actuators B， 2021， 328， 129096
9	Sun Y.， Zhang Y. M.， Zhang H. X.， Liu M. L.， Liu Y.， Anal. Chem.， 2020， 92， 10668—10676
10	Hu Q.， Su L. F.， Luo Y. L.， Cao X. J.， Hu S. H.， Li S. Q.， Liang Y. Y.， Liu S. J.， Xu W. J.， Qin D. D.， Niu L.， Anal. Chem.， 2022， 94， 6200—6205
11	Liang N.， Ge X. Y.， Zhao Y.， Xia L.， Song Z. L.， Kong R. M.， Qu F. L.， Hazard. Mater.， 2023， 454， 131455
12	Pinheiro T.， Marques A. C.， Carvalho P.， Martins R.， Fortunato E.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2021，13（3）， 3576—3590
13	Mentele M. M.， Cunningham J.， Koehler K.， Volckens J.， Henry C. S.， Anal. Chem.， 2012， 84（10）， 4474—4480
14	Kung C. T.， Hou C. Y.， Wang Y. N.， Fu L. M.， Sens. Actuators B， 2019， 301， 126855
15	Liu C. C.， Wang Y N.， Fu L. M.， Zhang X.L.， Hu Y.， Gao R. X.， Ge S. X.， Zhang D. X.， Food Chem.， 2018， 249， 162—167
16	Cao H. T.， Zhao T. S.， Liu W.， Xu C. Y.， Liao Y. J.， Yan X. L.， Mai X.， Li N.， Microchem. J.， 2024， 197， 109723
17	Xu J. J.， Tong C. Y.， Cao Y. X.， Qin Z. Y.， Liao C. H.， Chen Y. X.， Shi S. Y.， Guo Y.， Sens. Actuators B， 2024， 401， 134933
18	Kubo Y.， Maeda S.， Tokita S.， Kubo M. C.， Nature， 1996， 382， 522—524
19	Guillermo G. R.， Jesus M.， Vished K.， Adrian P. T.， Luis M. L.， Science， 2020， 368， 1472—1477
20	Lee H. E.， Ahn H. Y.， Mun J.， Lee Y. Y.， Kim M.， Cho N. H.， Chang K.， Kim W. S.， Rho J.， Nam K.， T. Nature， 2018， 556， 360—365
21	Gong X.， Huang D.， Liu Y.， Crit. Rev. Biotechnol.， 2018， 38（3）， 455—468
22	Zhang J.， Zhang Y. C.， Li C. J.， Ma H. Y.， Li H.， Xin C. H.， Li H. Y.， Instrum. Anal.， 2020， 39（7）， 894—899
23	Bao K. L.， Xu Q.， Cao H. M.， Liu X.， Chen Q.， Instrum. Anal.， 2021， 40（5）， 656661
24	Ping J.， He Z.， Liu J.， Xie X.， Electrophoresis， 2017， 39（3）， 486—495
25	Jafari M.， Tashkhourian J.， Absalan G.， Spectrochim. Acta A， 2017， 185， 77—84
26	Huang L.， Chen Y. T.， Li Y. X.， Yu L. S.， App. Spectrosc.， 2016， 70（10）， 1649—1654
27	Wang N.， Zhao L. J.， Liu C.， Zhang J.， He Y. X.， Yang Y. X.， Liu X. L.， Anal. Chem.， 2022， 94， 14565—14572
28	Bongioanni A.， Bueno M. S.， Mezzano B. A.， Int. J. Pharmaceut.， 2022， 613， 121375
29	Phanchiai W.， Srikulwong U.， Chompoosor A.， Langmuir， 2018， 34（21）， 6161—6169
30	Scampicchio M.， Arecchi A.， Mannino S.， Nat. Nanotechnol.， 2009， 20， 135501—135511
31	Wang X.， Zeng J.， Sun Q.， Sensor. Actuat. B： Chem.， 2021， 343， 130084
32	Wu J.， Liu P.， Wang Q.， Chromatographia， 2011， 74， 789—797

[1]	萨仁格日乐, 梁靖, 关少钰, 常宇佳, 张佳博, 梁楠, 亢静, 董阿力德尔图. N-卤胺聚合物表面修饰金纳米粒子的抗菌性能[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(1): 20240151.
[2]	曾自强, 张晨杰, 徐敏敏, 姚建林. Au纳米粒子二聚体-Au片耦合体系“热点”的尺寸效应[J]. 高等学校化学学报, 2024, 45(6): 20240022.
[3]	马勤政, 王伟, 梁旭婷. 石墨烯-金纳米材料修饰电极用于L-酪氨酸的检测[J]. 高等学校化学学报, 2024, 45(4): 20230521.
[4]	闫雨甜, 吴思, 常康康, 夏宇正, 陈晓农, 石淑先. 表面覆盖型AuNPs@PNIPAM复合粒子的制备及催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2023, 44(4): 20220636.
[5]	史歌, 徐茜, 代枭, 张洁, 沈军, 宛新华. 芳香取代基结构对螺旋聚乙炔高效液相色谱手性固定相手性识别性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2673.
[6]	刘兆阳, 宋永新, 王天舒, 单桂晔. 组氨酸修饰普鲁士蓝的制备及与银离子的作用[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(7): 1492.
[7]	朱钦富, 胡可珍, 李小杰, 陈明清. pH响应性树枝状聚合物-金纳米粒子复合药物载体的制备[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(5): 1065.
[8]	李颖, 康君君, 赵雪茹, 徐文凯, 齐琦. 金修饰磁性石墨烯基分子印迹复合材料的制备及对水中邻苯二甲酸二正丁酯的电化学传感检测[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(3): 448.
[9]	孙思齐,王影,孙传胤,王润伟,张震东,张宗弢,裘式纶. 碗状双亲型ZSM-5分子筛负载金纳米粒子的制备及催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(12): 2436.
[10]	白蕾, 霍淑慧, 陈晶, 卢小泉. 用于手性识别α-氨基酸的方酰胺荧光探针分子[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(1): 41.
[11]	冯微, 王博蔚, 郑艳, 姜洋. 金纳米粒子簇的制备及表面增强拉曼光谱[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(9): 1875.
[12]	夏玉婷, 江波, 吴庆, 胡庆红, 袁泽利. 可同时比色检测硫离子和高半胱氨酸/半胱氨酸的化学探针的合成及应用[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(8): 1647.
[13]	张璐涛, 周光明, 罗丹, 陈蓉. 表面增强拉曼光谱快速检测蜂蜜中的金霉素残留[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(8): 1662.
[14]	李艾橘, 王玉玺, 卢少勇, 刘堃. 硫醇末端基聚合物对金纳米粒子配体置换[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(3): 552.
[15]	王莉, 李智, 沈晓琴, 马楠. 利用DNA三维纳米结构对量子点功能化的有序调控[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(1): 32.