近日，我校药学院生物酶催化与药物合成创新研究中心科研团队黄种南博士联合福建医科大学彭花萍教授等，在国际权威期刊《Analytical Chemistry》（中科院1区、TOP期刊）以厦门医学院为第一完成单位发表题为“Extrinsic Anti-Fouling Sulfur Quantum Dots: Mechanistic Insights and Their Application in Tyrosinase Detection”的研究性论文。

研究团队成功开发出一种具有优异抗污染性能的聚乙二醇修饰硫量子点（PEG-SQDs），解析其抗污染新机制，并用于复杂血清样本以及细胞裂解液中酪氨酸酶活性检测。该工作不仅为利用本征抗污染硫量子点开发高性能荧光传感体系提供新思路，也为未来在复杂基质中酶活性分析提供了一种新的医学检测工具。

图1. 基于抗污染SQDs实现复杂样品中酪氨酸酶检测示意图

酪氨酸酶作为人体内黑色素合成的关键限速酶，其活性水平的异常波动与黑色素瘤、帕金森病及阿尔茨海默病等多种重大疾病的病理进程密切相关。因此，在复杂的人体体液环境中实现对酪氨酸酶活性的高灵敏、高特异性检测，对于相关疾病的早期临床诊断与疗效评估具有重要的科学意义。然而，现有的荧光检测探针在面对血清等高蛋白、高盐度的复杂生物基质时，往往面临严重的非特异性吸附干扰，导致信号失真或灵敏度大幅下降，这长期制约着荧光传感技术的临床转化应用。

为了解决上述问题，该研究团队首先聚焦攻克纳米材料在生物环境中的稳定性难题，创新性地构建了一种具有卓越抗污性能的聚乙二醇修饰硫量子点（PEG-SQDs），发现其在严苛条件下（各种离子、高盐、高蛋白）仍然展现出良好的荧光稳定性（图1A-C）。进一步，团队选取了常见抗污染的羧甲基纤维素钠（CMC）材料作为对照组进行比较，在人血清中分别测试了两种分子修饰量子点的抗污性能。实验结果表明（图1D），即便是在血清稀释倍数低至50倍的极端高蛋白环境下，PEG-SQDs的荧光强度依然保持稳定，几乎没有变化；而CMC-SQDs的荧光则随着血清浓度的升高（稀释倍数降低）迅速猝灭。为了理解PEG-SQDs和CMC-SQDs抗污染机制的差异，团队采用密度泛函理论计算了PEG分子和CMC对水分子极化的情况，来判断它们对蛋白质的吸附能力。CMC对H2O的吸附能为-1.052 eV, 其对H2O分子的吸附能力很强，表现出强静电吸附能力，因而能够较强地极化H2O分子。从H2O的H-O键长（dH-O）来看，吸附之后的dH-O相比未发生吸附的H-O键长明显伸长，从0.971埃升长到1.026埃。吸附之后H2O分子的总电荷从0e变为-0.115e，表明CMC整体向H2O分子转移0.115 e，数量明显多于PEG，这也与较大的吸附能对应（如图1E和表1所示）。理论上，表面H2O本质上是中性的，然而，极化过程引入了多余的电荷，从而促进了其他分子（如蛋白质）的吸附。因此，可得出PEG抗污染效果优于CMC的原因在于：CMC对H2O的极化强, 水被极化后，更容易吸附蛋白质，而PEG对水的极化作用较CMC弱，更不易吸附蛋白质。

表1. PEG和CMC的密度泛函理论计算结果

水分子的吸收能量（）通过以下公式估算：，其中表示吸收系统的总能量，为PEG或CMC分子的能量，为水分子的能量。

图2. (A-C)不同离子、盐、蛋白对PEG-SQDs荧光强度的影响 (D)不同稀释倍数（1-6分别对应血清稀释1000倍、800倍、400倍、200倍、100倍和50倍）下血清中PEG-SQDs与CMC-SQDs的荧光强度变化; (E)PEG与CMC抗污染机制的理论计算模拟。

利用PEG-SQDs优异的抗污染性能，团队结合内滤效应猝灭荧光原理将其用于酪氨酸酶检测（图2）。为了进一步验证该探针在实际应用中的定量分析能力，研究团队进行了系统的灵敏度测试。图3A的荧光光谱显示，随着酪氨酸酶浓度增加（0.5–20 U/mL），PEG-SQDs的荧光强度呈现出规律性的逐渐减弱。荧光猝灭程度与酶浓度之间具有极佳的线性关系（图3B），证实了该探针在定量分析中的可靠性与高灵敏度。在确立了定量检测性能的基础上，团队进一步考察了探针在复杂环境下的选择性与抗干扰能力。图3C和图3D的选择性实验结果显示，在多种氨基酸、金属离子及常见蛋白质（如胰蛋白酶、溶菌酶、牛血清白蛋白等）共存的情况下，探针的荧光信号基本保持稳定，唯独酪氨酸酶引发了显著的响应。这种对目标分子的精准识别能力，充分体现该探针卓越的抗污特性。进一步的加标回收实验证实，该探针在人血清样本表现出优异的分析性能，测得回收率在96.3%–108.1%之间，相对标准偏差（RSD）小于5%。HeLa细胞裂解液中酪氨酸酶活性检测结果也与商业试剂盒检测结果高度一致。这些结果为该探针在复杂生物基质中的精准检测应用提供了强有力的数据支撑。

图3.PEG-SQDs检测酪氨酸酶的现象及机制研究。

图4. PEG-SQDs检测酪氨酸酶的标准曲线和抗干扰实验。

综上，本研究发现了PEG-SQDs本征的优异抗污染性能，并通过详细的荧光对比实验以及密度泛函理论计算阐明了其抗污染的新机制。PEG相比CMC分子对水分子的极化作用更小，导致与蛋白质等生物分子的静电吸附作用更小。进一步，利用酪氨酸酶可催化酪氨酸生成类黑色素聚合物，通过内滤效应猝灭PEG-SQDs荧光。基于此，构建了高灵敏、高选择性的酪氨酸酶荧光生物传感器（线性范围0.5-20 U/mL，检测限0.08 U/mL）。PEG-SQDs优异的抗污性能有效降低了基质干扰，临床血清检测结果令人满意，Hela细胞裂解液中酪氨酸酶活性测定结果也与商业试剂盒结果高度一致，表明了本工作为酪氨酸酶相关疾病的早期诊断提供了可靠工具。

此项工作依托厦门医学院生物酶催化与药物合成创新研究中心完成，论文中相关研究工作得到福建省医疗卫生领域科技创新联合资金项目（2025Y9777、2025Y9773）、厦门市卫生科技项目（3502Z20254ZD1226）、福建省自然基金面上项目（2024J02015、2025J011472）、厦门市自然青年基金（3502Z202572034）的资助，药学院青年教师黄种南（排名第一）、福州大学附属省立医院张善彪（排名第二）、药学院2023级药学专业本科生许煜坤为共同第一作者（排名第三），洪璇教授、陈川副教授和彭花萍教授为共同通讯作者。许煜坤同学利用寒暑假积极投身科研，参与了实验、论文写作、回复审稿意见等重要工作，在充分接触科研工作从实验到发表的全流程中，汲取了宝贵的科研经验。该成果标志着厦门医学院在本科生创新人才培养方面取得了显著成效，也充分体现了我校在生物分析和医学诊断领域的创新能力与科研实力。

第一作者

黄种南，厦门医学院，药学院，讲师，主要研究方向：电化学发光/荧光生物分析、纳米医学与分子诊断。已发表学术论文14篇，其中中科院一区论文11篇。申请国家发明专利4项。

张善彪，福州大学附属省立医院主管药师，福建省第一届处方审核培训药师，研究方向:荧光传感分析、量子点合成。已发表论文3篇。

许煜坤，中共预备党员，药学院2023级药学专业本科生。多次荣获校一等奖学金，以及校三好学生、优秀班干部、优秀共青团干部、优秀共青团员等荣誉称号。曾获第九届全国医药院校药学/中药学专业大学生实验技能展示活动全国二等奖、第十一届全国大学生医学创新大赛暨“一带一路”国际竞赛省三等奖、“国才杯”综合赛项校铜奖，并参与一项专利研发。

通讯作者

洪璇，厦门医学院，药学院，教授，药学院党委书记、院长，生物医药现代产业学院院长，生物制药专业带头人。主要研究方向：酶工程与生物催化、天然产物资源发现与开发、发酵工程。

陈川，厦门医学院，药学院，副教授，药学院副院长，生物酶催化与药物合成创新研究中心主任。主要研究方向：诊疗一体化荧光探针、生物医用纳米仿生材料、药物与基因载体系统设计。

彭花萍，福建医科大学药学院教授，博士生导师，福建省“闽江教育领军人才”闽江学者特聘教授，福建省自然科学基金杰出青年基金获得者，入选福建省“青年人才托举工程”及福建省特殊支持“双百计划”。主要研究方向为纳米生物医药技术与精准诊疗。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c01132