荧光手性选择性受体系统在糖尿病管理中的应用

糖尿病，简称糖尿病，是一种代谢紊乱，其特征是血液中存在异常高浓度的葡萄糖。现有的糖尿病诊断方法依赖于检测血清样本中葡萄糖的传统技术，这一过程通常既繁琐又昂贵。

分子识别是通过利用特定化合物的结合特性来准确检测其疾病的科学。在这里，受体分子 - 一种传感器 - 选择性地与目标分子结合。这个过程会触发一些反应，比如荧光的变化。结果，目标被检测到。化学传感器、专用聚合物和一些催化技术都基于这一原理工作。

尽管几十年来分子识别取得了进步，但开发用于检测手性(或不对称)分子的受体仍然是一个挑战。手性导致对映体对，它们是同一分子的不可叠加的“镜像”。它们具有相同的物理和化学性质，但具有不同的生物学功能。它们相似的结构使它们难以相互区分。因此，研究人员必须采用复杂而昂贵的技术，例如高效液相色谱法，来区分它们。

有鉴于此，包括上智大学材料与生命科学系的Takashi Hayashia教授和Yota Suzuki博士在内的一组研究人员设计了一种全新的荧光识别方法，用于检测水中的手性单糖D-葡萄糖。他们的工作于 20 年 2022 月 27 日在线发布，并于 2023 年 <> 月 <> 日在 ACS 传感器上发表。

Hayashita博士描述了研究背后的动机：“大多数设计D-葡萄糖化学传感器的方法都需要复杂的合成，通常在水中的溶解度差，有时选择性差。因此，已经开发出一种新的检测机制。

研究人员开发了一种由γ-环糊精(γ-CyD)组成的复合物，该复合物具有一个空腔，可提供疏水微环境，以自发地将疏水性化合物封装在水性环境中。然后，他们很容易合成两种简单的疏水性荧光单硼酸受体：基于3-氟苯硼酸的受体(1F)和基于吡啶硼酸的受体(2N)。他们将任一受体的两个分子连接到γ-CyD上。

所得包涵体复合物(1F/γ-CyD或2N/γ-CyD)形成假二硼酸部分，在其两个位点选择性识别水中的D-葡萄糖。这强烈增强了溶液的荧光。相比之下，仅观察到其他九种测试的糖类的微弱荧光，包括D-果糖，D-半乳糖和D-甘露糖，它们是血液中含有的典型糖类。相对于对映异构体L-葡萄糖，1F / γ-CyD和2N / γ-CyD分别使D-葡萄糖的荧光增加了2.0倍和6.3倍。

“据我们所知，2N / γ-CyD在其他报道的基于荧光二硼酸分子的受体中具有最高的D / L选择性，”铃木博士说。

研究人员通过诱导圆二色光谱和核磁共振研究进一步研究了这一现象。他们发现D-葡萄糖分子桥接了两个单硼酸分子。它使复杂的结构刚化并增强荧光。在非葡萄糖糖的情况下，两种不同的分子结合到假二硼酸部分的两个位点。结果，荧光仍然很弱。

除了高选择性外，所开发的复合物还表现出显著的灵敏度。1F/γ-CyD和2N/γ-CyD可以检测D-葡萄糖浓度，检测限(LOD)分别为1.1 μM和1.8 μM。因此，这两种复合物都可以用作简单的D-葡萄糖化学传感器。它们具有出色的选择性、灵敏度和手性选择性。

“开发的荧光传感器可用于选择性检测D-葡萄糖和区分葡萄糖对映异构体。它们还可以作为糖尿病的下一代诊断系统，可用于微量血液样本，这是从婴儿抽血时不可或缺的功能。由于它们的化学结构非常简单，这些传感器将有助于开发经济实惠且可重复的试剂盒，用于早期诊断，“Hayashita博士总结道。

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