摘要
本研究旨在开发一种基于血浆D-氨基酸(D-AAs)检测的荧光/比色双模态纳米平台,用于慢性肾脏疾病(CKD)的早期预警,以实现快速、非侵入性的肾功能评估。CKD作为全球性的健康挑战,其早期诊断与干预对延缓疾病进展至关重要。然而,目前临床常用的肾功能标志物,如血清肌酐和胱抑素C,存在灵敏度不足、易受多种生理及病理因素干扰等局限,难以实现早期、精准评估。近年研究表明,CKD患者血浆中多种D-氨基酸(如D-丝氨酸[D-Ser]和D-天冬酰胺[D-Asn])水平显著升高,且与估计肾小球滤过率(eGFR)呈高度负相关,显示出作为早期肾脏损伤新型生物标志物的巨大潜力。
本研究设计并构建了CuNCs/Fe-Mn-ZIF-8@DAAO纳米复合材料。该材料以荧光铜纳米簇(CuNCs)作为信号输出单元,以铁/锰共掺杂的ZIF-8金属有机框架(Fe-Mn-ZIF-8)为载体,并通过一种新型的氨基酸增强仿生封装策略(Amino Acid-Oriented Proximity Encapsulation, AAOPE)实现D-氨基酸氧化酶(DAAO)的高效固定。与传统的酶固定方法不同,AAOPE策略借助蛋白质/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/谷氨酰-谷氨酰二肽(Glu-Glu)的自组装过程,在酶分子周围快速诱导前驱体成簇与晶化,从而实现DAAO的快速、高负载、高活性封装,并最大程度保持其生物催化活性。DAAO可特异性催化D-Ser、D-Asn等D-氨基酸发生氧化脱氨反应,生成相应的α-酮酸与过氧化氢(H₂O₂)。产生的H₂O₂进一步触发CuNCs的荧光猝灭效应以及3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)的显色反应,从而实现对目标D-氨基酸的荧光与比色双模态检测。
实验结果表明,该纳米平台在荧光模式下对D-Ser和D-Asn的线性检测范围为5–200 μM,检出限(LOD)为0.68 μM;在比色模式下线性范围为10–300 μM,灵敏度符合临床检测需求。在真实临床血浆样本测试中,该平台可有效区分早期CKD患者与健康对照,表现出良好的特异性、准确性及抗干扰能力。此外,该传感器在室温条件下储存30天后仍能保持90%以上的酶活性,显示出优异的操作与储存稳定性。
综上所述,本研究成功构建了一种基于CuNCs/Fe-Mn-ZIF-8@DAAO的双模态传感平台,结合AAOPE策略实现了DAA酶的高效固定与功能强化,显著提升了检测性能与稳定性。该平台兼具荧光法的高灵敏度和比色法的简便性,为CKD的早期、非侵入性预警提供了一种新型工具,具有重要的临床应用价值和转化前景。
