用于检测尿液中多巴胺的基于量子点的酶生物传感器的开发

为什么尿液中的一种脑化学物质很重要

多巴胺常被称为大脑的“愉悦”信使，因为它帮助调节情绪、动机与运动。当多巴胺水平过高或过低时，与抑郁、精神分裂症和帕金森病等疾病有关。医生可以通过观察尿中排泄的多巴胺量来获得关于个体多巴胺平衡的线索，但现有的实验室检测通常速度慢、费用高且需要熟练人员。本研究提出了一种新的实验室台式方法，旨在使尿液中多巴胺的检测更快、更灵敏且更易操作，为未来床旁检测奠定基础。

把光变成化学探测器

研究人员将传感器构建在被称为量子点的小型发光颗粒之上。这些纳米尺度的晶体在照明下会明亮发光，其发光性质可被附近分子调制。在这项工作中，团队使用的是在橙红光区发光的碲化镉量子点。他们将这些量子点与常用于生化检测的酶——辣根过氧化物酶配对，后者促使多巴胺被氧化成一种称为醌的相关化合物。当这种醌在量子点附近形成时，它会吸收本应以光形式释放的能量，导致量子点发光减弱。多巴胺越多，生成的醌越多，光淬灭越明显。

构建与调节发光传感器

为将该构想转化为可用的检测方法，团队首先优化了反应成分。他们在固定量的量子点和多巴胺基础上尝试不同剂量的酶及其助剂过氧化氢。通过监测光信号的变化，他们确定出一种既能产生强且可靠的淬灭又不浪费试剂的酶浓度，以及一种能高效推动反应的过氧化物浓度。他们还证实单独的过氧化氢并不会明显使量子点变暗；只有在酶、过氧化氢与多巴胺同时存在时才发生淬灭，表明信号确实来源于预期的化学步骤。

在水样和真实尿样中测量多巴胺

在优化配方后，研究人员测试了传感器检测加入简单盐溶液中的多巴胺的表现。随着多巴胺浓度增加，量子点的荧光在低微摩尔范围内平滑且可预测地下降，信号与含量之间呈优秀的线性关系。他们能够可靠检测的最低多巴胺水平约为1.2微摩尔每升。随后他们转向更现实的挑战：来自健康志愿者的尿液。由于尿液中含有许多可能干扰检测的物质，他们将样品稀释到背景效应被最小化但多巴胺信号仍可检测的程度，最终选择了1比100的稀释度。

经受干扰物的考验

在加标尿样中，传感器再次随着多巴胺升高表现出明显的光减弱，测量范围扩大到8微摩尔每升。团队将测得值与已知加入量比较后，回收率约为94–99%，表明准确性良好。他们还检查了常见尿液成分是否会混淆检测。典型水平的盐类、葡萄糖和肌酐对信号影响很小。尿酸和维生素C——与多巴胺在化学上相似的物质——确实会导致量子点有一定淬灭，但在它们存在的情况下加入多巴胺仍会引起进一步且与浓度相关的光强下降。这表明即使在这些类似分子的存在下，传感器仍能强烈且特异地响应多巴胺。

对日常健康的意义

综上所述，结果表明，简单混合的发光量子点与常用酶可以作为一种敏感的基于光的尿液多巴胺检测方法。该传感器可检测到与健康人群及多巴胺排泄异常的患者相关的浓度，并且在真实尿样的复杂环境中表现可靠。尽管这仍是实验室方法而非随床可用的设备，这项工作展示了一条有前景的路线，可望实现使用少量尿样对这一关键大脑化学物质进行更快速、劳动强度更低的监测。

引用: Yogaraju, D.S., Shetty, N.S., Mohideen, S. et al. Development of Quantum dot-based enzyme biosensor for the detection of dopamine in urine. Sci Rep 16, 13245 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42466-3

关键词: 多巴胺, 尿液检测, 生物传感器, 量子点, 荧光