《Analytica Chimica Acta》：Simultaneous Detection of Cu+ and Cu2+ Using Dual-functionalized Glass Micropipette Sensors
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銅離子（Cu+和 Cu2+）失衡與疾病相關，但同時檢測二者頗具挑戰。研究人員開發雙功能化玻璃微吸管傳感器，可獨立檢測 Cu+和 Cu2+ ，檢測范圍廣、限低，能區分細胞銅離子水平，為研究生物系統銅離子提供新工具。
在生命的奇妙旅程中，銅離子（Cu
+和 Cu
2+）扮演著極為重要的角色。它們是維持生物體正常生理功能的必需微量元素，參與著神經傳導、細胞氧化還原平衡的維持，還作為多種酶的輔助因子，助力氧氣的運輸和釋放。然而，一旦這兩種離子的平衡被打破，就如同平靜的湖面泛起巨大波瀾，會引發一系列嚴重后果。過量的活性氧物質（ROS）會大量生成，它們就像一群 “搗亂分子”，肆意攻擊細胞內的脂質、蛋白質和 DNA，造成嚴重的氧化損傷，進而導致細胞異常，與神經退行性疾病，如阿爾茨海默病等緊密相連。
目前，檢測銅離子的方法多種多樣，像原子吸收光譜法（AAS）、熒光光譜法、比色法、電化學技術等。但這些方法都存在各自的 “短板”。熒光光譜法容易受到生理環境中熒光物質的干擾，就好比在嘈雜的環境中難以聽清聲音；比色法靈敏度低，還容易被其他物質影響；AAS 需要復雜的樣品制備過程；電化學方法在檢測復雜樣品時適用性有限。所以，開發一種高效、能同時準確檢測 Cu+和 Cu2+的傳感器迫在眉睫。
為了解決這些難題，研究人員展開了深入研究。雖然文章未明確研究機構，但他們創新性地開發出一種雙功能化玻璃微吸管傳感器。通過在微吸管內壁原位生長 UiO-66-NH2，外壁涂覆谷胱甘肽功能化碳納米管（GCNTs），成功實現了對 Cu+和 Cu2+的同時檢測。該研究成果發表在《Analytica Chimica Acta》上，為銅離子檢測領域帶來了新的曙光。
在研究過程中，研究人員運用了多種關鍵技術方法。首先是微吸管的雙功能化修飾技術，通過在微吸管內壁原位合成 UiO-66-NH2 ，利用其豐富的氨基（-NH2）與 Cu2+配位，實現對 Cu2+的捕獲；在外壁修飾 GCNTs，利用谷胱甘肽（GSH）的巰基與 Cu+的強親和力結合 Cu+。同時，結合離子電流檢測技術和表面增強拉曼光譜（SERS）分析技術，分別通過檢測離子電流變化和 SERS 信號，實現對 Cu2+和 Cu+的檢測。
下面來看看具體的研究結果。
- 傳感器的構建與原理：研究人員選用 UiO-66-NH2作為檢測 Cu2+的傳感材料，因其具有高比表面積、水穩定性和良好的生物相容性，且氨基能增強對 Cu2+的吸附能力。通過原位生長法在玻璃微吸管內壁合成 UiO-66-NH2，當 Cu2+與氨基結合時，會改變局部離子分布，增加通道電阻，使離子電流下降。而在外壁修飾 GCNTs，GSH 的巰基與 Cu+形成 Cu+ - GSH 復合物，在 GCNT 表面引入缺陷位點，增強 SERS 信號，從而實現對 Cu+的檢測 。
- 檢測性能：該傳感器展現出優異的檢測性能，檢測范圍極廣，可達 10-1–105 μM ，檢測限低至 0.1 μM，能夠在生理濃度范圍（2–10 μM）內同時監測 Cu+/Cu2+ 。
- 細胞檢測：研究人員還利用該傳感器對 MCF-10A 和 MCF-7 細胞中的銅離子水平進行區分，發現其能夠揭示癌癥中銅離子穩態的改變。
研究結論表明，這種雙功能化玻璃微吸管傳感器成功制備，通過雙功能化修飾為 Cu2+和 Cu+提供了有效結合位點，并借助離子電流和 SERS 檢測顯著提高了檢測靈敏度。其較寬的檢測范圍和較低的檢測限，使其在生物系統中銅離子的研究方面極具潛力。這一研究成果意義重大，為深入探究銅離子在復雜生物和環境系統中的形態和氧化還原行為提供了可靠且靈敏的分析工具，有助于進一步理解銅離子穩態失調與相關疾病的關系，為相關疾病的診斷和治療提供新的思路和方法，推動生命科學和健康醫學領域的發展。
