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作者与发表信息

该研究由Caixia Zhu、Hong Yang、Xuwen Cao、Qing Hong、Yuan Xu、Kaiyuan Wang、Yanfei Shen、Songqin Liu和Yuanjian Zhang共同完成，他们均来自东南大学化学与化工学院及医学院的江苏省智能碳材料与器件工程实验室。该研究于2023年10月26日发表在《Analytical Chemistry》期刊上，文章标题为“Decoupling of the Confused Complex in Oxidation of 3,3′,5,5′-Tetramethylbenzidine for the Reliable Chromogenic Bioassay”。

学术背景

该研究的主要科学领域是化学与生物分析，特别是涉及显色底物3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）的氧化反应机制。TMB是一种常用的显色底物，广泛应用于临床酶联免疫吸附测定（ELISA）中。然而，TMB的氧化产物（TMBox1）是一种不稳定的复杂物，这导致其在临床检测中的信号输出不可靠，长期以来一直是该领域的难题。研究团队旨在通过使用十二烷基硫酸钠（SDS）胶束来调控TMB的氧化反应路径，使其直接通过双电子氧化生成稳定的最终产物（TMBox2），从而解决这一问题。

研究流程

研究分为多个步骤，主要包括TMB氧化反应机制的探索、SDS胶束的作用机制研究以及基于该机制的葡萄糖检测应用。

1. TMB氧化反应机制研究
   研究首先探讨了TMB在SDS胶束存在下的氧化反应路径。通过紫外-可见光谱（UV-Vis）和电喷雾电离质谱（ESI-MS）等技术，研究团队发现SDS胶束能够促进TMB直接通过双电子氧化生成TMBox2，而不是传统的一电子氧化路径。实验中，研究团队将TMB、过氧化氢（H₂O₂）和SDS混合在醋酸-醋酸钠缓冲溶液中，并通过UV-Vis光谱记录反应产物的吸光度变化。

2. SDS胶束的作用机制研究
   研究进一步探讨了SDS胶束如何调控TMB的氧化反应。通过动态光散射（DLS）、核磁共振（NMR）和冷冻透射电子显微镜（Cryo-TEM）等技术，研究团队发现SDS胶束通过其疏水腔和带负电的外表面，将TMB和其氧化产物TMBox2在空间和静电上进行隔离，从而避免了TMBox1的形成。此外，研究还通过密度泛函理论（DFT）计算验证了SDS胶束在静电隔离中的作用。

3. 葡萄糖检测应用
   作为概念验证，研究团队将SDS胶束与葡萄糖氧化酶（GOD）结合，构建了一个级联反应系统，用于葡萄糖的显色检测。实验结果表明，基于SDS胶束的显色系统在葡萄糖检测中表现出更高的稳定性和更宽的检测范围，且无需使用传统的强酸终止剂。

主要结果

1. TMB氧化反应路径的调控
   研究结果表明，SDS胶束能够显著促进TMB的双电子氧化，生成稳定的TMBox2。与传统的一电子氧化路径相比，这一机制避免了TMBox1的形成，从而提高了显色信号的稳定性。

2. SDS胶束的作用机制
   通过DLS和Cryo-TEM实验，研究团队发现SDS胶束在TMB氧化过程中起到了空间隔离和静电隔离的作用。DFT计算进一步表明，SDS胶束的负电荷表面能够有效降低TMBox2的正电荷密度，从而抑制其与TMB的复合。

3. 葡萄糖检测应用
   基于SDS胶束的级联反应系统在葡萄糖检测中表现出优异的性能。实验结果显示，该系统在10至1000 μM的葡萄糖浓度范围内具有良好的线性响应，检测限低至0.21 μM，且信号输出稳定，不受时间影响。

结论

该研究通过SDS胶束调控TMB的氧化反应路径，成功实现了TMB的直接双电子氧化，解决了长期以来TMBox1不稳定的问题。这一发现不仅为显色生物分析提供了新的思路，还为开发更可靠的临床检测方法奠定了基础。基于该机制的葡萄糖检测系统表现出高稳定性和宽检测范围，具有重要的应用价值。

研究亮点

1. 重要发现
   研究发现SDS胶束能够通过空间和静电隔离作用，促进TMB的直接双电子氧化，生成稳定的TMBox2。

2. 方法创新
   研究首次提出了通过胶束调控TMB氧化反应路径的方法，并验证了其在显色生物分析中的应用。

3. 应用价值
   基于该机制的葡萄糖检测系统表现出高稳定性和宽检测范围，为临床检测提供了新的工具。

其他有价值的内容

研究还探讨了SDS胶束在不同浓度下的催化效率，并优化了反应条件。此外，研究团队还通过一系列对照实验验证了SDS胶束在TMB氧化反应中的独特作用，进一步增强了研究结论的可信度。

这项研究为显色生物分析领域提供了重要的理论依据和应用前景，具有显著的学术和实际意义。