《Microchemical Journal》：A glucose-sensitive fluorescence nano-biosensor based on PDMAEMA-g-VPB-g-gelatin modified CdTe/ZnS QDs in biological samples: box-Behnken design
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新型葡萄糖光学纳米生物传感器通过表面修饰CdTe/ZnS量子点与凝胶生物聚合物，并引入 vinylphenylboronic acid (VPB) 实现高灵敏度检测（检测限7.5×10-9 mol/L），动态范围7.5×10-8–7.87×10-3 mol/L，稳定性超4个月，适用于尿和血浆样本检测。
哈米德·埃尔米扎德（Hamideh Elmizadeh）|加塞姆·雷扎内贾德·巴尔达吉（Ghasem Rezanejade Bardajee）|扎赫拉·哈吉·阿斯加里（Zahra Haji asgari）
伊朗科学技术研究组织（IROST）化学技术系，德黑兰，伊朗
摘要
糖尿病是一种常见的慢性代谢疾病，全球范围内导致许多人死亡。因此，研究人员对检测生物液体（如尿液和血浆）中葡萄糖的新方法、快速方法和高灵敏度方法非常感兴趣。在这项工作中，通过用明胶生物聚合物对CdTe/ZnS量子点（QDs）进行表面修饰，合成了一种新型的葡萄糖光学纳米生物传感器。为了提高纳米生物传感器对葡萄糖的灵敏度和选择性，在生物聚合物组合物中使用了乙烯基苯基硼酸（VPB）。VPB通过形成顺式二醇相互作用来促进葡萄糖的检测。该生物聚合物以明胶为骨架，接枝了聚（2-二甲基氨基乙基）甲基丙烯酸酯（PDMAEMA）和VPB。采用4因素Box–Behnken统计设计优化了纳米生物传感器的制备方法。实验设计旨在获得具有稳定且最大荧光发射的纳米生物传感器。将不同量的葡萄糖滴加到优化后的纳米生物传感器上后，其荧光强度基于光诱导电子转移（PET）机制呈线性减弱。葡萄糖的检测限为7.5 ± 1.05 × 10^-9 mol L^-1，动态范围为7.50 ± 1.15 × 10^-8至7.87 ± 1.14 × 10^-3 mol L^-1。此外，所制备的纳米生物传感器表现出优异的重现性和选择性，稳定性超过4个月。该纳米生物传感器还能够成功检测生物液体（尿液和血浆）中的葡萄糖，并取得了满意的结果。此外，使用多种仪器方法对优化后的纳米生物传感器进行了表征，以确认QDs表面的生物聚合物修饰过程。
引言
葡萄糖是人体内单糖的主要成分。过量摄入葡萄糖会导致糖尿病等代谢紊乱[1,2]。因此，检测和测量人体生理液体中的葡萄糖对于临床诊断至关重要[3,4]。已经发表了多种关于葡萄糖检测和测量的方法，包括比色法[5,6]、液相色谱-质谱（LC-MS）[7][8]、表面等离子体共振（SPR）光谱[9]以及电化学方法[10][11][12]等。这些方法大多存在缺点，如选择性低、制备过程复杂耗时、设备昂贵以及灵敏度低。因此，科学家们致力于开发用于实际样品中葡萄糖检测的新技术。在生物样品中准确快速地检测各种分析物是一个复杂的过程。因此，纳米生物传感器作为一种快速、高灵敏度、生物相容性和非侵入性的诊断方法，引起了研究人员的极大兴趣。量子点（QDs）作为一种独特的荧光纳米材料，是制造各种纳米生物荧光传感器的理想选择[13][14][15][16]。它们具有响应速度快、经济实惠、应用简单以及高灵敏度和选择性等优点。为了设计和制造各种纳米传感器，采用了不同的QDs表面修饰方法。根据文献综述，已经开发了基于QDs的葡萄糖检测纳米传感器[17][18][19][20]。在用于修饰QDs表面的各种配体中[21][22][23][24]，生物聚合物更为有趣，因为它们具有无毒、可生物降解、易获取等特性，从而提高了传感器的效率。为此目的使用了多种生物聚合物，如淀粉[24]、壳聚糖[25]、明胶[26,27]、海藻酸钠[28]等。我们的研究团队已经制备了几种用于检测生物样品中葡萄糖的纳米生物传感器[29][30][31]。本研究的目的是介绍一种在复杂生物基质中具有高灵敏度、快速响应和低毒性的新型葡萄糖纳米生物传感器。此外，与之前的工作相比，本研究中引入的纳米生物传感器具有更少的缺点和更多的优点。基于QDs的适配体纳米生物传感器在葡萄糖检测方面虽然具有高选择性，但存在稳定性低和制造、功能化和维护成本较高的问题[29,30]。因此，为了降低成本并提高稳定性和效率，使用了天然生物聚合物（如海藻酸钠[31]）。海藻酸钠是从褐藻中提取的，提取过程复杂且成本较高。因此，在本研究中，为了制备出效率更高、稳定性更好且更具成本效益的纳米生物传感器，采用了改性的明胶生物聚合物。明胶是一种基于蛋白质的物质，来源于胶原蛋白，具有高生物相容性，价格低廉且易于获取[32,33]。此外，明胶可以形成凝胶，适合作为检测各种分析物的基质或生物识别材料[34]。在本研究中，通过将聚（2-二甲基氨基乙基）甲基丙烯酸酯（PDMAEMA）和乙烯基苯基硼酸（VPB）接枝到明胶上，合成了新的水溶性生物聚合物，从而制备了一种新的葡萄糖纳米传感器。在这种生物聚合物中，VPB单体由于与葡萄糖形成特定的顺式二醇相互作用，使得制备的纳米生物传感器具有优异的选择性。然后，通过应用Box–Behnken统计设计优化了纳米生物传感器的合成参数，以实现生物样品中葡萄糖的灵敏检测。如图1所示，展示了纳米生物传感器的制备和优化过程。此外，加入葡萄糖后，由于基质纳米复合材料与分析物之间的有效相互作用，纳米生物传感器会发生荧光减弱现象。
材料与设备
碲（Te）粉末（99%）、CdCl2·5H2O（99%）、ZnCl2（98%）、谷胱甘肽（GSH，98%）和2-二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯（DMAEMA，98%）均购自Sigma（圣路易斯，密苏里州）。过硫酸铵（APS，99%）购自Fluka（瑞士）。明胶和4-乙烯基苯基硼酸（VPB）也来自Sigma（圣路易斯，密苏里州）。其他分析级化学品则购自Merck Chemical Co。
使用...
利用Box–Behnken设计优化纳米生物传感器的制备方法
采用Box–Behnken实验设计优化了基于明胶生物聚合物修饰的CdTe/ZnS量子点的新型纳米生物传感器的合成方法。该优化旨在开发出具有高稳定荧光发射强度的纳米生物传感器，用于生物样品中葡萄糖的检测。未经生物聚合物修饰的量子点（GE-g-PDMAEMA-VPB）无法检测葡萄糖。优化纳米生物传感器制备方法的主要因素包括X1（DMAEMA单体）、X2...
结论
本研究成功开发了一种基于经PDMAEMA-g-VPB-g-明胶生物共聚物修饰的CdTe/ZnS量子点的新型荧光纳米生物传感器，用于生物样品中葡萄糖的检测。通过Box-Behnken设计优化了合成条件，最佳参数为：DMAEMA单体50 μL、VPB单体100 μL、APS引发剂30 μL和明胶蛋白200 μL，实现了最大荧光强度153.8 a.u。优化后的纳米生物传感器表现出优异的性能...
CRediT作者贡献声明
哈米德·埃尔米扎德（Hamideh Elmizadeh）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、软件使用、资源管理、项目管理、资金获取、概念构思、数据整理、形式分析。加塞姆·雷扎内贾德·巴尔达吉（Ghasem Rezanejade Bardajee）：验证、监督、项目管理、方法学设计、概念构思、数据整理、形式分析、资源管理、初稿撰写、审稿与编辑。扎赫拉·哈吉·阿斯加里（Zahra Haji asgari）：形式分析、数据整理、验证。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了伊朗科学技术研究组织（IROST）的支持，资助编号为[1010204007]。作者还感谢沙希德·贝赫什蒂大学（Shahid Beheshti University）和帕亚梅·努尔大学（Payame Noor University）在研究中的合作。
