前列腺癌（PCa）是影响男性健康的最普遍的癌症类型之一。在早期阶段，前列腺癌通常没有明显的症状，因此早期发现对于提高生活质量和降低死亡率至关重要。前列腺特异性抗原（PSA）是前列腺癌（PCa）最常用的生物标志物。然而，PSA筛查经常遇到4至10 ng mL−1的灰色区域，这使得在该范围内精确诊断早期前列腺癌变得困难。尿液中肌氨酸（Sar）的存在可作为早期诊断前列腺癌的一种简单且无创的工具。一般来说，在正常生理条件下，人类尿液中的肌氨酸水平在1-3×10-6 M之间，只有在前列腺癌的病理过程中才会显著增加。作为血液分析的替代方法，尿液分析作为一种直接且微创的筛查方法在现代医学中越来越受欢迎。这种类型的信息为临床医生提供了对患者整体健康状况的宝贵见解。此外，即时检测设备和“智能厕所”等技术的进步使患者更方便地进行尿液分析，促进自我诊断。然而，尿液分析检测PCa存在局限性和挑战。一个限制是假阳性或假阴性的可能性，因为尿液中Sar的存在也可能受到与PCa无关的因素的影响。此外，尿液分析的准确性可能因所用检测方法的敏感性和特异性而异。尽管即时检测设备和智能厕所很方便，但仍需要对这些技术进行适当的验证和标准化，以确保可靠的结果。因此，快速、智能地检测尿液中Sar含量对早期诊断和治疗前列腺癌至关重要。
最常用的Sar测定技术包括气相色谱法（GC）、液相色谱-质谱法（LC/MS）、高效液相色谱-质谱法（HPLC/MS）和毛细管电泳（CE）。虽然比色法具有直观、快速、简单和可重复性等优点，但它们仍然缺乏GC、LC和MS等技术的复杂性和灵敏度。这些更复杂的方法在Sar测定中提供了更高的分辨率和准确性，但它们也存在缺点，包括昂贵的仪器、大量的样品预处理和冗长的分析过程。因此，挑战在于在比色法的便利性和其他检测技术的精确性之间取得平衡。成功设计快速智能比色法的关键在于创建一个响应模型，该模型利用集成酶作为特定的识别单元，并将直观的视觉信号作为报告。例如，许多研究者利用肌氨酸氧化酶（SOX）和过氧化物酶（POD）活性物质（HRP, Fe3O4@SiO2@NiCo2S4， SiO2@TiO2等）氧化3,3 ',5,5 ' -四甲基联苯胺（TMB），用于颜色生物传感器的研制。最终，这些材料的使用有助于研究人员开发可靠和高效的彩色生物传感器进行Sar分析。
酶辅助多色可视化平台示意图（图源自Advanced Science ）
纳米酶以其卓越的理化性质、高性价比、高稳定性和便于储存等优点而受到越来越多的关注。在各种纳米酶中，铁基纳米催化剂具有催化Fenton反应和促进H2O2转化为羟基自由基（·OH）的潜力。金属有机骨架（MOF）及其衍生物作为一种新型的多孔材料，具有清晰的配位网络、介孔结构和可调节的孔隙率。它们可以模拟天然酶的活性中心，同时提供疏水环境，有利于酶促反应。为了提高H2O2向·OH的转化，提高检测灵敏度，基于Fenton反应和过氧化物酶原理的金属-有机框架铁纳米酶（Fe-MOF）成为过氧化物酶模拟物的理想选择。这是因为Fe-MOF纳米酶具有与天然过氧化物酶相当的催化活性，对外界影响的敏感性极小，并且具有优异的反应效率。因此，Fe-MOF纳米酶具有广泛的应用前景。
同时，氧化后的TMB颜色改性呈现出蓝色深浅的光谱，导致可分辨性有限，直观区分差异显著。人类的视觉系统可以辨别大约1000万种不同的颜色，包括色调、亮度和饱和度。然而，感知亮度和饱和度的变化证明比色相变化更具挑战性。因此，通过将分析物引起的难以检测的亮度和饱和度变化转化为易于感知的色调变化，有利于提高比色检测的灵敏度和精度。我们之前的研究表明，贵金属纳米颗粒，如金纳米棒（Au NRs）和金纳米金字塔（Au NBPs），具有很高的消光系数。它们的纵向局域表面等离子体共振（LSPR）对宽高比变化特别敏感。纳米酶的强氧化剂TMB2+可以诱导其形状和大小的改变，从而影响其纵向LSPR。这些纳米颗粒具有生动的颜色变换特点，是多色可视化的优良材料。通过利用由分析物诱导的形状和大小变化引起的生动的颜色转换，这些纳米颗粒能够开发灵敏和精确的检测方法，用于广泛的物质。因此，研究人员不断探索改进比色法的方法，如设计快速和智能的响应模型，以实现Sar测定的便利性和准确性之间的平衡。
基于这些发现，研究设计了一种基于酶辅助多色可视化平台的PCa个体智能筛选方法。SOX和Sar之间酶促反应的特异性避免了尿液中结构相似的生物分子的干扰。同时，具有过氧化物酶样活性的Fe-MOF进一步与H2O2反应产生活性氧氧化TMB，最终转化为TMB2+。这一过程的结果是，Au NRs被蚀刻成鲜艳的光谱。耦合Au NRs指标可以快速区分颜色变化，对Sar给出间接的颜色响应。通过智能手机拍照可以轻松提取显示颜色的RGB值。当R<175或B>135时，可以快速（在15分钟内）、简单直观地诊断出前列腺癌。此外，Au NRs的纵向LSPR峰移与Sar水平呈线性相关，从而可以准确地定量尿液样本中的Sar。这个酶辅助的多色可视化智能平台专门用于通过量化尿液样本中Sar的微小浓度变化来筛选PCa患者。该方法为临床前列腺癌早期快速诊断试剂盒的开发提供了理论基础。此外，智能手机技术和图像分析算法的进步可以进一步简化检测过程，增强用户体验，使快速诊断试剂盒对患者和医疗保健专业人员都更容易获得和用户友好。
参考消息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202408825
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