基于CORT诱导Eu-MOF荧光淬灭的传感机理

皮质醇（CORT）又称压力激素，是压力应激中的重要生物标志物，参与调节碳水化合物代谢、调节血压、促进糖异生等，其异常分泌破坏心血管、免疫系统、肾脏、骨骼和内分泌系统的稳态，进而导致全身性代谢紊乱和慢性疾病。

近日，北京理工大学的研究人员报道了一种铕金属-有机骨架微针（Eu-MOF@PAH MN）传感器，这种传感器集成微针的高效采样和Eu-MOF的光学传感特性，为压力激素的在体检测和即时分析提供一种无痛微创、便捷高效的可视化微针检测平台。相关工作以“Lab on the Microneedles: A Wearable Metal-organic Frameworks-Based Sensor for Visual Monitoring of Stress Hormone”为题发表在《ACS Nano》期刊上。

图1 微针贴片制备及应用示意图

首先，研究人员以Eu³⁺为中心金属，H₃BTB为配体，通过溶剂热法构筑Eu-MOF，并对其结构、性能和CORT响应能力进行详细研究。同时，使用氨基酸、蛋白质、葡萄糖、盐离子等潜在的干扰分子考察其选择特异性，评估Eu-MOF在复杂生物样本中的应用潜力。

图2 Eu-MOF的合成及表征

此外，研究人员通过分子动力学模拟，结合Eu-MOF与CORT传感前后的荧光特性分析，深入探究并阐明了Eu-MOF对CORT的传感机理，即CORT在强相互作用下通过物理吸附附着于Eu-MOF表面，形成了不发光的Eu-MOF-CORT复合物，从而导致静态荧光淬灭，证实其在CORT的可视化检测方面具有潜在应用价值。

图3 CORT的响应特性及机制研究

随后，研究人员将具有CORT选择性识别特性的Eu-MOF负载至凝胶微针中，通过光固化法制得Eu-MOF@PAH MN（图4）。该微针贴片能承受15 N的正应力，具有优异的机械性能，可有效刺入模拟皮肤和小鼠皮肤组织。其优异的溶胀性能（溶胀率超过150%）和低溶出率（24 h低于0.1%）确保微针在刺入皮肤组织后能够快速实现ISF采样以及目标分析物捕获和传感检测。

图4 Eu-MOF@PAH MNs的制备和表征

体外实验数据表明，该微针在模拟皮肤和小鼠皮肤中呈现出优异的采样能力和采样效率，10 min即可达到CORT的最佳检测效果。可实现10⁻⁷~10⁻³ M宽动态范围内CORT的有效检测，检测限可达10⁻⁹ M，表明Eu-MOF@PAH MN对CORT具有极高对的检测灵敏度，可覆盖人体正常生理和病理状态下的检测范围。更重要的是，不同批次的Eu-MOF@PAH MN与CORT的作用效果相同。并且，微针在静置一周后对CORT的响应性一致，证明该微针具有良好的稳定性。

图5 ISF中CORT的体外检测

基于上述研究发现，研究人员进一步构建急性应激模型验证了Eu-MOF@PAH微针传感的高灵敏度和高选择性，可以有效区分静息状态（200.98±17.67 ng/mL）和应激状态（294.38±32.15 ng/mL）的CORT水平，组织学分析结果表明微针贴片具有良好的生物安全性。

图6 在急性应激模型中使用Eu-MOF@PAH MNs检测体内CORT及生物安全性评估

总之，本研究成功开发了一种高灵敏度、高选择性和良好生物安全性的集成式微针传感器，可实现体内CORT的即时检测，并阐明了CORT诱导Eu-MOF荧光淬灭的传感机理。未来，结合便携式成像设备和智能手机，该策略可有效推动床旁、居家监测技术发展，在压力激素异常分泌的早期预警中具有巨大的应用潜力和临床转化能力。 

        审核编辑：彭菁