體育競賽中如何檢測那些能讓人“保持冷靜”、提升注意力的違禁藥物？近期，北京體育大學運動人體科學學院卞亦瑄課題組開發出一種超高靈敏度的電化學傳感器，基于魚精子DNA（fDNA）識別功能與金納米顆粒-亞甲基藍-氧化碳納米洋蔥（AuNPs-MB-oxCNOs）納米復合材料的新型“信號下降”型傳感器，實現了對β-阻斷劑普萘洛爾（PRO）的超高靈敏檢測。該研究不僅展示了優異的分析性能，更通過多種光譜技術深入探究并闡明了PRO與DNA之間的相互作用機理，為針對小分子的高選擇性傳感器設計提供了新思路。相關成果——A Sensitive Detection Protocol of Propranolol Based on Carbon Nanocomposite Sensing Platform一文發表在傳感領域著名權威期刊Sensors and Actuators: B. Chemical（中科院SCI一區Top期刊，IF="8.0）。
普萘洛爾（PRO）作為一種非選擇性β-腎上腺素能受體阻滯劑，因其可能被運動員濫用以提升專注力而被世界反興奮劑機構（WADA）列為賽內禁用物質。開發快速、靈敏、可靠的PRO檢測方法對保障體育競賽公平性至關重要。盡管PRO具有電活性，但其緩慢的電子轉移速率限制了直接電化學檢測的靈敏度。因此，構建能放大檢測信號并具備高特異性的傳感平臺是當前研究的重點和難點。
本研究的核心創新在于巧妙構建了一個多功能傳感界面（fDNA/AuNPs-MB- oxCNOs/GCE）。該界面整合了生物識別與納米信號放大雙重功能：
1、信號放大平臺： 利用氧化碳納米洋蔥（oxCNOs）的大比表面積負載亞甲基藍（MB）作為穩定信號探針，并進一步引入金納米顆粒（AuNPs）以增強電子傳輸能力，形成高導電性、高電活性的AuNPs-MB-oxCNOs納米復合材料基底。
2、生物識別元件： 將魚精DNA（fDNA）固定于上述納米基底上，作為特異性捕獲PRO分子的識別探針。
圖 （a）傳感平臺的制備過程及（b）普萘洛爾的“信號下降”電化學檢測
在傳感界面構筑的同時，該工作還深入揭示了PRO與fDNA的相互作用機制。通過紫外-可見光譜（UV-Vis）、圓二色光譜（CD）和熒光光譜等技術證實，PRO與fDNA之間主要通過溝槽結合模式發生相互作用，而非嵌入作用。尤為重要的是，通過系統的熱力學分析（變溫熒光淬滅實驗），計算出結合過程的吉布斯自由能變（ΔG°）為負值，表明結合是自發過程；而焓變（ΔH°）與熵變（ΔS°）均為正值，明確揭示了疏水作用是驅動PRO與DNA結合的主要驅動力。這一機理的闡明為傳感器的合理設計和高選擇性提供了堅實的理論依據。
在最優條件下，該傳感器對PRO表現出卓越的分析性能。極寬的線性范圍，超低的檢測限（LOD）顯著優于此前報道的大多數PRO電化學傳感器。優異的選擇性與穩定性及良好的再生性與重現性。為評估其實際應用潛力，研究團隊在人血清和合成尿液等復雜生物基質中進行了加標回收實驗。結果顯示，回收率在92.5%至107%之間，且與高效液相色譜法（HPLC）對比結果吻合良好（相對誤差-4.4%至+6.2%），充分證明了該傳感器在真實生物樣品中檢測PRO的準確性與可靠性。
本研究成功地將生物分子識別（DNA）與納米材料信號放大技術相結合，打造了一款性能優異的普萘洛爾檢測傳感器。它不僅為體育反興奮劑斗爭提供了強有力的新工具，其設計策略也為開發其他疾病標志物或環境污染物的檢測設備開辟了新道路。未來，這項技術有望集成到便攜式設備中，實現現場快速檢測，為保障公平競賽和臨床監測帶來革命性變化。
本研究工作得到了國家自然科學基金（項目批準號：22304014）和中央高校基本科研業務費（項目編號：BSUZH202501，2024JCYJ008）的資助。卞亦瑄課題組長期致力于電化學生物傳感研究，主要聚焦于可穿戴電化學生物傳感器及其在運動訓練實時監控與反興奮劑篩查中的應用。我們歡迎有志于此的同學加入，并期待與感興趣的老師建立合作！