胶束辅助的1,8-萘酰亚胺酰胺超分子组装体作为高效平台，可同时检测有毒氰化物离子和与癌症相关的生物胺精胺

《Inorganic Chemistry Communications》：Micelle-assisted 1,8-naphthalimide amide supramolecular ensembles as efficient platforms for dual analyte sensing of toxic cyanide ions and cancer-linked biogenic amine spermine

合成1,8-萘酰亚胺酰胺（AMNP）与阴离子表面活性剂（SDS）形成复合体系，用于检测氰离子和精子。通过HRTEM、DLS等方法表征其结构，发现复合体系与CN?和精子相互作用导致荧光变化，检测限分别为0.27和0.42 μM，机理源于-OH和-NH的协同作用，并在真实样本中验证有效性。

　　

拉维娜|纳夫尼特·考尔

印度昌迪加尔旁遮普大学化学系，邮编160014

摘要

鉴于生物分子在疾病进展中起着关键作用，因此开发出能够选择性敏感地检测生物标志物的方法至关重要，这些生物标志物包括氰离子（CN^?）等具有生物学和环境重要性的物质，以及与癌症相关的生物标志物如精胺。为此，合成了一种新型的1,8-萘酰亚胺衍生物酰胺（AMNP），并将其嵌入阴离子表面活性剂（SDS）胶束中，形成水溶液中的二元复合物AMNP@SDS。通过高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、动态光散射（DLS）、紫外-可见光谱（UV–vis）和荧光光谱等方法系统地表征了AMNP@SDS胶束自组装体的形成和形态特征。在与CN^?和精胺相互作用后，AMNP@SDS的吸收和发射光谱发生了显著变化。使用AMNP@SDS复合物检测CN^?和精胺的检出限（LOD）分别为0.27 μM和0.42 μM。深入的机制研究表明，这种传感能力源于AMNP的-OH和-NH官能团与阴离子表面活性剂环境之间的协同作用。此外，AMNP@SDS复合物在真实样品（如水和蘑菇）中有效检测到了CN^?和精胺，证明了其在实际应用中的可行性。

引言

设计简单高效的传感受体以检测微量有毒无机阴离子和与疾病相关的生物标志物受到了越来越多的关注，因为这些技术在确保环境安全和支持生物医学诊断方面具有重要意义。

CN^?是一种臭名昭著的化学战剂，也是最致命的无机阴离子之一，通常与工业废物相关，并被视为重要的环境污染物[1]、[2]。它在自然环境以及许多合成和工业过程中普遍存在，包括电镀、除草剂制造、金矿开采和纺织品加工[3]、[4]、[5]、[6]。众所周知，氰化物是一种强效毒物，可以通过皮肤、胃肠道或呼吸系统进入人体，导致恶心、抽搐、失去意识，最终引发致命的全身性衰竭[7]、[8]、[9]、[10]、[11]。此外，氰化物还倾向于与细胞色素c氧化酶中的铁原子结合，从而抑制线粒体电子传递，即使在微量情况下也会导致细胞缺氧，进而引发严重的生态和健康危害[12]、[13]。根据世界卫生组织（WHO）制定的水质安全指南，饮用水中氰化物的最大允许浓度为1.9 μM，以保护公众健康[14]。

精胺（Spm）是一种天然存在的多胺，存在于所有真核细胞和体液中[15]、[16]。它对细胞生长、分化、成熟和蛋白质生物合成起着关键作用，并作为代谢调节剂[17]、[18]。最近发现，精胺水平升高可能是监测多种恶性肿瘤发展和进展的潜在生物标志物，因为其在肿瘤细胞中的浓度明显高于正常细胞[19]、[20]、[21]。健康人的血液中精胺浓度通常约为0.3 μM，而在恶性癌症患者中则常常超过1 μM[22]、[23]。此外，在某些富含蛋白质的食物（如肉类和鱼类）中，精胺通过氨基酸脱羧作用生成亚硝胺化合物[24]。因此，摄入含有高浓度生物胺的食物可能对人体有害。因此，对微量精胺的监测对于早期疾病诊断和减轻环境污染至关重要。

尽管有多种可靠的分析技术（包括电化学、流动注射分析、离子色谱、伏安法等）可用于CN^?离子的定性和定量检测[14]、[25]、[26]、[27]，也有多种传统分析方法用于精胺的检测，如酶联免疫吸附测定（ELISA）、高效液相色谱（HPLC）、抗体依赖性测定、毛细管电泳（CE）、质谱（GC–MS）[23]、[24]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]。然而，现有方法存在一些缺点，如样品制备繁琐、设备成本高昂、需要专业操作且分析过程耗时，从而限制了其在实际应用中的可行性，特别是在现场和即时诊断中的应用。相比之下，利用紫外-可见光谱和荧光光谱的光学方法具有成本效益高、操作简便、选择性强以及提供快速视觉信号的优点[7]、[11]、[16]。已经广泛研究了多种光学传感平台，包括有机发色团、碳纳米点、纳米工程材料、基于水凝胶的纳米复合传感器、基于天然色素和金属有机框架的环保型现场可部署系统，用于检测CN^?和精胺[16]、[17]、[33]、[34]。特别是基于有机化合物的传感器因其结构灵活性和反应性而具有吸引力，可以精确调节其光物理性质[35]、[36]。然而，来自有机化合物的传感器的一个主要缺点是它们的疏水性，导致在水中的分散性较差，在生理条件下性能下降[37]。因此，开发能够在水环境中有效运行的光学传感平台至关重要[38]、[39]。为此，可以将有机化合物嵌入由适当表面活性剂组装的胶束框架中，从而改善分散性并增强其亲水性[40]、[41]。表面活性剂作为两亲分子，在水中会自组装成具有疏水内核和亲水界面的结构。疏水内核通过非共价相互作用有效地隔离疏水性荧光团，防止其在水介质中聚集[42]、[43]。

本文报道了通过将1,8-萘酰亚胺功能化的酰胺(AMNP)装载到十二烷基硫酸钠（SDS）胶束中，制备了二元复合物AMNP@SDS。使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）和动态光散射（DLS）等表征技术验证了AMNP@SDS二元复合物的形成和胶体稳定性。此外，该组装体还被用于在HEPES缓冲液（pH = 7.02）的生理条件下同时检测CN^?和精胺。

材料与方法

4-溴-1,8-萘酐、乙醇（AR级）和乙腈（ACN）从TCI Chemicals (India) Pvt. Ltd.购买；N-丁胺、吡啶、肼水合物、六氟磷酸盐、偶氮苯三唑四甲基铀（HATU）、二甲基亚砜（DMSO）、十二烷基硫酸钠（SDS）和4-(2-羟乙基)哌嗪-1-乙磺酸（HEPES）从Avra Synthesis购买。1-羟基萘酸和各种阴离子（F^?、Cl^?、Br^?、I^?、CN^?、ClO₄^?、CH₃COO的四丁基铵盐也从该公司购买。

AMNP和AMNP@SDS的粒径与形态

使用DLS和HRTEM技术对合成的AMNP@SDS二元复合物进行了表征，以研究其粒径和形态特征。DLS测量结果显示，这些纳米级聚集体分散良好，平均水动力直径约为85 nm，表明AMNP在SDS胶束系统中得到了有效封装（图S11）。

空气干燥后的AMNP@SDS二元复合物在HRTEM图像中显示出清晰的球形胶束，主要以离散的单个颗粒形式存在。

结论

简而言之，本研究成功设计并制备了一种酰胺功能化的萘酰亚胺衍生物（AMNP），并将其进一步封装到HEPES缓冲液（pH 7.02）中的SDS胶束中，形成了二元复合物AMNP@SDS。AMNP@SDS二元复合物的成功形成通过AMNP的光学性质变化得到了证实，而DLS和HRTEM测量结果提供了关于其粒径分布和形态特征的见解。

作者贡献声明

拉维娜：撰写初稿、可视化处理、数据分析、概念构思。 纳夫尼特·考尔：撰写、审稿与编辑、项目管理、方法学设计。

参与同意

不适用。

出版同意

不适用。

伦理批准

不适用。

资助

作者感谢CSIR（09/0135(17675)/2024-EMR-I）提供的财政支持，并非常感谢昌迪加尔旁遮普大学的SAIF在DLS、HRTEM、NMR和质谱研究方面的支持。

纳夫尼特·考尔博士于2003年在印度阿姆利则的古鲁纳纳克德夫大学获得理学硕士学位（荣誉学位）。她在阿姆利则古鲁纳纳克德夫大学化学系苏博德·库马尔教授的指导下完成了博士学位（2008年），研究方向是金属离子比色化学传感器的合成和光物理性质。自2023年起，她一直在印度昌迪加尔旁遮普大学担任教授。她获得了相关研究项目的资助。