高應(yīng)梅，宋 義，孫 梅，劉松青

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院藥劑科，重慶 401120）

·專論·

納米金探針在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用探討

高應(yīng)梅，宋 義，孫 梅，劉松青

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院藥劑科，重慶 401120）

納米金具有特殊的物理、化學(xué)特性，作為光學(xué)探針及電化學(xué)傳感器，已被廣泛應(yīng)用于生物、化學(xué)領(lǐng)域。該文闡述了近年來(lái)納米金探針在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展，并對(duì)其在藥物分析方面的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

納米金；探針；藥物檢測(cè)；進(jìn)展

Key wods:gold nanoparticles;probe;drug detection;progress

納米金為金的微小顆粒，直徑1～100 nm，具有納米材料特有的4大基本效應(yīng)，即量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、介電限域效應(yīng)。金粒子的尺寸減小到一定值時(shí)，會(huì)引起粒子性質(zhì)的變化，產(chǎn)生明顯的量子尺寸效應(yīng)，宏觀產(chǎn)生明顯的顏色變化。當(dāng)粒子的尺寸減小到比光波波長(zhǎng)等物理尺寸更小時(shí)，就會(huì)破壞固體材料得以成立的周期性邊界條件，展現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)，如局部表面等離子體共振（LSPR）[1]、表面增強(qiáng)拉曼散射等。等離子體共振與納米金的粒徑大小、形狀、粒子間距及所處介質(zhì)有密切關(guān)系，隨著粒徑從小到大變化，其共振吸收或散射光譜也會(huì)發(fā)生變化[2－3]，利用此性質(zhì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)的檢測(cè)。在此，主要就納米金作為比色探針、共振光散射探針在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用研究作簡(jiǎn)要評(píng)述。

1 納米金探針檢測(cè)原理

1.1 納米金比色法原理

納米金的穩(wěn)定性取決于顆粒間的作用力，在制備納米金的過程中需要通過物理或化學(xué)方法改善其穩(wěn)定性，包括靜電吸附、物理吸附、適配體[4]或其他分子修飾等。

納米金根據(jù)修飾基團(tuán)的不同可以帶負(fù)電或正電，帶負(fù)電的一般是檸檬酸根修飾的，帶正電的通常是巰基乙胺修飾的。核酸適配體作為一種新型識(shí)別分子，是一段20～100 bp長(zhǎng)的單鏈DNA，可通過折疊形成一定構(gòu)象與靶標(biāo)進(jìn)行特異性結(jié)合。核酸適配體通過SELEX技術(shù)從1014～1018文庫(kù)中篩選出，因此具有極高的親和力，相對(duì)抗體而言，其性質(zhì)更穩(wěn)定。核酸適配體有帶負(fù)電磷酸骨架，在鹽溶液中，核酸適配體吸附在納米金表面，使其免受鹽溶液沖擊，阻止納米金凝聚。

納米金在分散狀態(tài)下呈紅色，在510～550 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)有特征吸收峰。檢測(cè)過程中，目標(biāo)物破壞納米金顆粒間的作用力，或與核酸適配體特異性結(jié)合，適配體從納米金表面解離，使納米金凝聚或粒徑變大，顏色發(fā)生變化，宏觀表現(xiàn)為由紅色變?yōu)樽霞t色、藍(lán)紫色或藍(lán)色（見圖1）。納米金比色法將分子識(shí)別轉(zhuǎn)換為顏色變化識(shí)別，肉眼即可觀察，簡(jiǎn)單快速，被廣泛用于分析蛋白質(zhì)[5]、DNA[6－7]、金屬離子[8－11]、細(xì)胞[12]等。

圖1 基于納米金粒子比色策略的藥物檢測(cè)方案

1.2 納米金共振瑞利散射(RRS)法原理

RRS有高靈敏度和簡(jiǎn)易的特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于核酸[13]、蛋白質(zhì)[14－15]、無(wú)機(jī)離子[16]、有機(jī)物分析。納米金具有高電子密度和特殊的物理特性，通過靜電引力可與多種大分子物質(zhì)結(jié)合，這種結(jié)合主要受金納米微粒尺寸、離子強(qiáng)度、大分子物質(zhì)濃度及其分子量等因素影響。

采用檸檬酸鹽還原法制備納米金時(shí)，溶液中大量的檸檬酸根陰離子借靜電引力自組裝于納米金周圍，形成帶負(fù)電荷層的超分子化合物，能進(jìn)一步與帶正電荷的生物大分子或有機(jī)陽(yáng)離子反應(yīng)形成新的更大的結(jié)合產(chǎn)物(見圖2)，引起溶液吸收光譜的改變和摩爾吸光系數(shù)一定程度的增大，可以觀察到RRS的顯著增強(qiáng)或出現(xiàn)新的RRS光譜。目前，有關(guān)適配體修飾納米金共振瑞利散射光譜法檢測(cè)藥物也有報(bào)道。

圖2 RRS基于納米金粒子藥物檢測(cè)方案

2 在藥物檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 納米金比色法

2.1.1 多巴胺

多巴胺為重要的神經(jīng)遞質(zhì)，在體內(nèi)維持正常的生命活動(dòng)，臨床用于各種類型休克。Zhang等[17]在pH＝7.2 及Cu2＋存在條件下，采用納米金比色法檢測(cè)多巴胺，其檢出限達(dá)30 nmol／L。試驗(yàn)證明，多巴胺量100倍的維生素C、尿素不會(huì)干擾檢測(cè)，5.1 μmol／L 5－羥色胺(5－HT)能干擾檢測(cè)，當(dāng)pH＝9.5時(shí)可避免5－羥色胺干擾。

2.1.2 雌二醇

雌二醇是體內(nèi)由卵巢成熟濾泡分泌的一種天然雌激素，能增進(jìn)和調(diào)節(jié)女性性器官及副性征的正常發(fā)育。牛書操等[18]將雌二醇適配體通過靜電作用吸附到納米金表面，在高鹽濃度下，加入雌二醇，適配體與標(biāo)靶結(jié)合，納米金在高鹽濃度下發(fā)生凝聚，溶液由紅變藍(lán)，據(jù)此可建立一種基于適配體的雌二醇納米金比色快速檢測(cè)法。結(jié)果表明，隨著雌二醇濃度的增高，納米金溶液的顏色也由紅變藍(lán)，最低可以檢測(cè)到10 ng／mL的雌二醇。利用其他非特異標(biāo)靶對(duì)該方法進(jìn)行測(cè)試表明，結(jié)構(gòu)類似物如雌三醇、雌酮、睪酮等的質(zhì)量濃度增加至1 000 ng／mL時(shí)會(huì)引起納米金溶液變藍(lán)，而其他類雌激素物質(zhì)如己烯雌酚、雙酚A和溶劑甲醇等非特異標(biāo)靶即使在高濃度下也不會(huì)致納米金溶液變藍(lán)，表明該方法特異性好。

2.1.3 可卡因

可卡因具有麻醉效果好、穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，在醫(yī)療中多被用作局部麻醉藥或血管收縮劑，因其具有成癮性而會(huì)導(dǎo)致濫用，故需快速鑒定可卡因。Zhang等[19]利用適配體修飾的納米金，在低濃度范圍內(nèi)快速檢測(cè)可卡因，目視比色法最低檢測(cè)1 mmol／L可卡因，紫外－可見檢測(cè)范圍為50～500 μmol／L?？煽ㄒ虻闹饕x產(chǎn)物苯甲酰芽子堿、芽子堿甲酯對(duì)檢測(cè)無(wú)干擾，該方法為快速檢測(cè)可卡因提供了一種新思路。

2.1.4 卡那霉素

Song等[20]利用Ky2適配體修飾的納米金檢測(cè)卡那霉素，檢測(cè)范圍為10～150 nmol／L，檢出限達(dá)25 nmol／L，鏈霉素、磺胺地索辛、氨芐西林等抗生素對(duì)卡那霉素的檢測(cè)無(wú)干擾。

2.1.5 氨芐西林

氨芐西林主要用于敏感菌所致的泌尿系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、膽道、腸道感染及腦膜炎、心內(nèi)膜炎等，也是畜牧業(yè)、農(nóng)業(yè)中濫用的抗生素。Song等[21]將寡核苷酸適配子修飾的納米金探針用于檢測(cè)氨芐西林，該適配子對(duì)氨芐西林具有高敏感性和特異性；同時(shí)采用熒光、比色檢測(cè)牛奶中氨芐西林殘留量，納米金比色法檢出限為10 ng／mL，氯霉素、鏈霉素、四環(huán)素、阿莫西林對(duì)檢測(cè)無(wú)干擾。

2.1.6 土霉素

Kim等[22]使用一種新的適配子修飾的納米金探針檢測(cè)土霉素，該適配子對(duì)土霉素高度敏感，檢測(cè)限達(dá)25 nmol／L，多西環(huán)素、雙氯芬酸等對(duì)檢測(cè)無(wú)干擾，可實(shí)現(xiàn)抗菌制劑的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

2.1.7 鏈霉素

Sun等[23]采用巰基乙酸修飾納米金，因巰基乙酸與鏈霉素有較強(qiáng)的靜電作用，誘導(dǎo)納米金探針凝聚，據(jù)此檢測(cè)鏈霉素，檢測(cè)范圍為80～480 nmol／L(R＝0.991)，檢出限為2 nmol／L，K＋，Ca2＋和青霉素、氨芐西林、新霉素、氯霉素、三磷酸腺苷(ATP)、葡萄糖等對(duì)檢測(cè)無(wú)干擾。

2.1.8 四環(huán)素

He等[24]采用溴化十六烷基三甲銨（CTAB）、適配體、納米金探針檢測(cè)四環(huán)素，當(dāng)體系中無(wú)四環(huán)素時(shí)，CTAB與適配體形成超分子，在鹽溶液中納米金凝聚；當(dāng)體系中存在四環(huán)素時(shí)，適配體首先與四環(huán)素結(jié)合，阻止了CTAB－適配體超分子的形成，在鹽溶液中納米金保持分散狀態(tài)。據(jù)此檢測(cè)四環(huán)素，檢測(cè)限達(dá)122 nmol／L。

2.1.9 半胱氨酸

Lee等[25]報(bào)道了一種高靈敏檢測(cè)半胱氨酸的方法，首先在納米金表面修飾上2條巰基化的含T－T錯(cuò)配的DNA，在Hg2＋出現(xiàn)的條件下，兩條DNA產(chǎn)生雜交，使得金納米粒子的距離縮短而發(fā)生凝聚，溶液由紅色變?yōu)樽仙Ｓ捎诎腚装彼岷虷g2＋結(jié)合作用很強(qiáng)，所以當(dāng)半胱氨酸加入后，會(huì)與Hg2＋結(jié)合，DNA不能產(chǎn)生雜交，而使納米金又分散開，溶液顏色變回紅色，據(jù)此對(duì)半胱氨酸進(jìn)行定量檢測(cè)。

2.1.10 谷胱甘肽

Li等[26]基于納米金比色發(fā)展了一種快速、靈敏的檢測(cè)谷胱甘肽的新方法。將制備的哌嗪二巰基氨甲酸酯加入到納米金溶液中使發(fā)生凝聚，加入谷胱甘肽后，由于谷胱甘肽和哌嗪二巰基氨甲酸酯結(jié)合作用強(qiáng)，使納米金不再凝聚，可據(jù)此對(duì)谷胱甘肽進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 納米金RRS法

2.2.1 蒽環(huán)類抗癌藥物

蒽環(huán)類抗癌藥物是抗癌類抗菌藥物，是源于波賽鏈霉菌的化療藥物，目前用于測(cè)定蒽環(huán)類抗癌藥物的光譜分析研究較少。魯群岷等[27]在近中性至弱堿性介質(zhì)中，納米金與表柔比星、柔紅霉素和米托蒽醌等蒽環(huán)類抗癌藥物借靜電引力、疏水作用力結(jié)合，形成粒徑更大的聚集體，導(dǎo)致顯著增強(qiáng)，并產(chǎn)生新的RRS光譜，由此開發(fā)了一種用RRS技術(shù)靈敏、簡(jiǎn)便、快速測(cè)定蒽環(huán)類抗癌藥物的新方法。

2.2.2 亞甲藍(lán)

亞甲藍(lán)是一種吩噻嗪類染料，也是一種殺菌解毒藥。魯群岷等[28]在pH＝6.5～9.5的介質(zhì)中，將納米金與亞甲藍(lán)陽(yáng)離子形成粒徑較大的聚集體，使RRS強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，最大散射峰位于371 nm波長(zhǎng)處；用于血液中亞甲藍(lán)的測(cè)定，檢出限為21.17 ng／mL。

2.2.3 卡那霉素

卡那霉素是常用的抗感染藥物，隨著抗菌藥物廣泛且大量地使用，食物中也存在卡那霉素超標(biāo)，故快速、準(zhǔn)確檢測(cè)食物、藥品中卡那霉素的含量具有重要意義。

何佑秋等[29]在檸檬酸鹽的溶液中，利用檸檬酸根自組裝于納米金表面，在pH為4.4～6.8的弱酸性介質(zhì)中，與質(zhì)子化的卡那霉素陽(yáng)離子形成粒徑更大的聚集體，在適當(dāng)條件下，RRS強(qiáng)度與卡那霉素的濃度成正比；用于血液中卡那霉素的測(cè)定，檢出限為10.52 ng／mL。

陳效蘭等[30]利用納米金與卡那霉素適配體可形成穩(wěn)定的納米金探針，而卡那霉素可與復(fù)合物中的核酸適配體形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，并釋放出納米金，在鹽溶液中，納米金凝聚成更大微粒，導(dǎo)致571 nm波長(zhǎng)處的RRS散射強(qiáng)度增強(qiáng)，卡那霉素質(zhì)量濃度在0.02～0.3 mg／L范圍內(nèi)與RRS強(qiáng)度線性關(guān)系良好，測(cè)定卡那霉素注射液中卡那霉素的含量，檢出限為2.3 μg／L，磺胺嘧啶、葡萄糖、淀粉、金屬離子等對(duì)檢測(cè)均無(wú)干擾。

2.2.4 氯丙嗪

陳粵華等[31]發(fā)現(xiàn)，在 pH＝1.8～3.3的酸性介質(zhì)中，納米金與氯丙嗪共存時(shí)，溶液RRS強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，并出現(xiàn)新的RRS光譜，在一定條件下，鹽酸氯丙嗪質(zhì)量濃度在0～0.08 mg／L范圍內(nèi)與RRS強(qiáng)度成正比，氯丙嗪檢出限為1.75 μg／L。

2.2.5 異丙嗪

鹽酸異丙嗪本身的RRS強(qiáng)度很弱。陳粵華等[32]在pH＝1.8～3.0的酸性介質(zhì)中，將納米金和質(zhì)子化的鹽酸異丙嗪依靠靜電和疏水作用相互結(jié)合，RRS強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，其最大散射峰位于368 nm波長(zhǎng)處，鹽酸異丙嗪質(zhì)量濃度在0.04～0.10 μg／mL范圍內(nèi)與RRS強(qiáng)度成正比，其檢出限為1.34 ng／mL?？疾旃泊嫖镔|(zhì)對(duì)鹽酸異丙嗪測(cè)定的影響，常見陰、陽(yáng)離子不干擾測(cè)定，70倍的糖類、尿素、淀粉均不影響檢測(cè)結(jié)果，可用于片劑和針劑中鹽酸異丙嗪含量的測(cè)定，結(jié)果滿意。

2.2.6 半胱氨酸

半胱氨酸屬天然氨基酸之一，是一種含硫的非必需氨基酸，可緩解修復(fù)射線對(duì)人體的損傷，還有解毒作用，是丙烯腈及芳香族酸中毒的治療用藥。Li等[33]胱氨酸研究發(fā)現(xiàn)，半胱氨酸可自組裝形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，RRS散射強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，再利用納米金選擇性地檢測(cè)半胱氨酸，檢測(cè)范圍為0.01～0.25 μg／mL，檢測(cè)限達(dá)2.0 ng／mL，其他氨基酸對(duì)檢測(cè)無(wú)干擾。

2.2.7 妥布霉素

馬璐等[34]用硼氫化鈉還原氯金酸制備納米金，用妥布霉素適配體修飾納米金可獲得穩(wěn)定的納米金探針，在pH＝6.8磷酸鹽緩沖液及NaCl存在下，納米金探針穩(wěn)定而不聚集；當(dāng)有妥布霉素存在時(shí)，其與納米金探針中的適配體特異性結(jié)合并釋放出納米金，納米金在NaCl作用下聚集，導(dǎo)致體系在368 nm波長(zhǎng)處的 RRS光，用于測(cè)定妥布霉素滴眼液中的妥布霉素含量，檢出限為0.8 ng／mL，L－谷氨酸、L－苯丙氨酸、甘氨酸、葡萄糖、土霉素及Cu2＋，Mg2＋不干擾測(cè)定。

2.2.8 普魯卡因

鹽酸普魯卡因是國(guó)際奧林匹克委員會(huì)禁用的中樞神經(jīng)興奮劑，在運(yùn)動(dòng)員服用興奮劑檢測(cè)分析、打擊毒品走私等工作中，都需對(duì)該成分進(jìn)行分析。王楠等[35]利用納米金在pH＝3.54酸性介質(zhì)中可與鹽酸普魯卡因作用形成體積更大的納米金聚集體，使納米金的RRS強(qiáng)度急劇增強(qiáng)，在適當(dāng)條件下，散射強(qiáng)度與普魯卡因的質(zhì)量濃度成正比，對(duì)針劑中的普魯卡因進(jìn)行測(cè)定，線性范圍為0～40 μg／L，檢出限為16 ng／L。

3 結(jié)語(yǔ)

目前檢測(cè)藥物的方法有很多，如原子吸收法、高效液相色譜法、氣相色譜法、電化學(xué)分析法等，但大多需要煩瑣的前處理過程或大型儀器，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，成本高，不利于快速檢測(cè)。納米金制備方法簡(jiǎn)單，具有優(yōu)良的光學(xué)性能，在分析領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。納米金探針檢測(cè)藥物分子，簡(jiǎn)單、快速，肉眼可觀測(cè)結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)，不僅適用于藥品制劑檢測(cè)，也適用于食品、環(huán)境、生物樣品中殘留藥物的監(jiān)測(cè)。

納米金作為光學(xué)探針檢測(cè)藥物分子，雖可實(shí)現(xiàn)高靈敏、快速檢測(cè)，但基于電荷結(jié)合設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法，可能會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)類似物存在非特異結(jié)合，使得方法特異性不足，而納米金穩(wěn)定性易受pH、離子強(qiáng)度等外界條件影響，所以大部分的檢測(cè)方法都離不開對(duì)納米金的表面修飾。適配體與標(biāo)靶間的結(jié)合原理與抗原抗體免疫結(jié)合作用類似，適配體修飾的納米金探針能滿足檢測(cè)方法的特異性，適配體與目標(biāo)物的特異結(jié)合，提高了納米金檢測(cè)藥物的選擇性，結(jié)合納米金檢測(cè)法的高靈敏性、簡(jiǎn)單快速等優(yōu)點(diǎn)，納米金在藥物檢測(cè)領(lǐng)域有著其他方法不可比擬的價(jià)值。隨著研究的不斷深入，也將為納米金探針在藥物篩選、藥代動(dòng)力學(xué)、血藥濃度監(jiān)測(cè)等的研究奠定基礎(chǔ)。

納米金比色法、RRS法雖靈敏度高，但在某些情況下，仍不能滿足檢測(cè)要求，因此開發(fā)基于納米金信號(hào)放大的研究有一定意義。納米金具有良好的光學(xué)性能外，還具有很好的導(dǎo)電性，可在電化學(xué)檢測(cè)中增強(qiáng)和放大信號(hào)，已有報(bào)道利用納米金構(gòu)建具有高靈敏度、高選擇性的石英微天平（QCM）免疫傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)己烯雌酚的快速檢測(cè)[36]。

納米金作為較成熟的納米探針不僅在分析領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，在生命科學(xué)中也有許多應(yīng)用領(lǐng)域，如臨床醫(yī)學(xué)診斷、病理研究、靶向藥物研究等，這就要求科研工作者對(duì)交叉學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備不斷更新，以促進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新。

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Application of Gold Nanoparicles Probe for Drug Detection

Gao Yingmei,Song Yi,Sun Mei,Liu Songqing
(Department of Pharmacy,The Third Affiliated Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing,China 401120)

Gold nanoparticles(GNPs)have special physical and chemical properties.As analytical probes and electrochemical sensors,gold nanoparticles have been extensively employed in biotechnological and chemical systems.The research progress of gold nanoparticals as the probe for drug detection was summarized.The tendency of its application for drug detection is also discussed.

R917

A

1006－4931(2017)05－0001－05

2017－01－05)

10.3969／j.issn.1006－4931.2017.05.001

高應(yīng)梅（1984－），女，碩士研究生，初級(jí)藥師，研究方向?yàn)獒t(yī)院藥學(xué)，（電子信箱）25704907＠qq.com。