氟喹诺酮类抗生素（Fluoroquinolones，FQs）是一类人工合成的抗生素，因具有成本低、毒性小、抗菌性能优良而被广泛用于动物养殖和临床医学。FQ滴眼液常作为人体眼部感染用药，研究表明，在治疗眼部感染的过程中，不适当的给药方案或患者的依从性差，将导致低于治疗浓度的抗生素，从而形成有利于细菌耐药性增殖的环境。例如，在眼部感染的治疗中，特别对于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌，发现FQ的疗效持续下降。患者的一些不当偏好，包括不理想的给药方案等，会导致抗生素过量使用。另有报道称人体中FQ 残留的积累会增加心血管风险，如主动脉瘤等。因此，开发一种易于使用且高效的诊断工具，用于常规监测人体体液（如泪液）中的FQ残留，及其类似物的痕量检测与可靠区分，对于有效避免抗生素滥用、提升药物长期治疗效果至关重要。
基于以上背景，深圳大学高等研究院的李正研究员课题组开发了一种集成在纸芯片上的四重纳米传感器阵列的可穿戴式多层眼罩贴片，用于氟喹诺酮类抗生素的无创检测和区分。通过集成镧系离子（Ln(Ⅲ)）、具有红/绿荧光的CdTe量子点和增敏剂-腺苷一磷酸（AMP），构建了一系列基于配位聚合物的双模式荧光纳米探针。两类Eu(III)或Tb(III)摻杂的纳米探针在聚集调控的天线效应作用下，对FQ有显著的红-绿或绿-红荧光响应；通过AMP敏化的纳米探针具有高达45倍的荧光增强效应、微秒级的荧光寿命，以及纳摩尔级的检测灵敏度。基于CdTe-Ln(Ⅲ)-AMP的纸基微流控传感芯片对FQ类抗生素具有高度的特异性，并能通过线性判别分析准确区分10种市售常见的FQ类滴眼液（如环丙沙星、氧氟沙星等）、真菌类滴眼液（如氟康唑等），以及非抗生素类（如聚乙烯醇）滴眼液。最后，该工具用于对眼部作用滴眼液前后，眼泪中FQ抗生素残留量的全天候实时监测。这项技术为日常检查潜在的抗生素滥用开辟了一条有益途径，并有望推广于对其他体液中关键药物指标的即时定点监测（如运动员例行尿检），从而对促进个人医疗保健以及规范日常药物治疗具有重要意义。
图1. 具有红/绿双发射荧光的CdTe纳米探针的合成、传感机制示意图及表征。
该方法开发的滴涂于爪形玻璃纤维纸微流控芯片末端的四元素传感器阵列，经过对纸芯片的几何构型、流速、加样体积、流道宽度等因素优化后，将其封装在棉纺布与PDMS夹层中，避免量子点材料的光漂白以及Cd物种泄露造成的生理毒性，提升其内部分子扩散的亲水性、反应浸润性与贴片的生物组织相容性。反应完毕的传感贴片快速取出，放置于智能手机平台暗盒内，实现远程医疗场景中的连续与多重FQ定性与定量分析。通过集成四类上述的络合与比率荧光法，准确测定泪液中的FQ残留，在机器学习算法（即线性判别分析，LDA）的帮助下，实现了低剂量下FQ与其他类抗生素的区分。作为即时护理应用，该贴片可以舒适地贴合在眼睛下方，无任何毒性，也不同于基于隐形眼镜的接触式传感器，无需将传感贴片直接附着在眼球上，而是只需在催泪剂（一种含薄荷醇的清凉油）的帮助下，快速挤取患者两滴泪液，即可在~3秒内实现纸芯片的完全浸润，以及30s内对FQ标志物的完全饱和荧光响应。
图3. 具有生物相容性的可穿戴多层眼罩贴片的优化，以及便携式手机荧光成像平台的开发。
进一步地，作者构建了一套集成化的多层可穿戴式眼罩传感器，可将整体检测时间缩短至5分钟。通过将整个光学成像模块集成在一个小型化和基于智能手机检测的平台上，用于对抗生素日常使用的现场检测。探究了常规杀菌过程中FQ物种的准确定量以及对使用典型处方抗生素滴眼液后泪液中FQ残留量的连续精确测定，证明了可穿戴眼贴传感器的实用性。在该微器件上对使用典型FQ 滴眼液后患者的泪液中抗生素残留进行了测试，其提供的定量结果与金标HPLC方法相当。作者根据药理学中有关药用剂量的定义（MIC90，即90%的最低抑菌浓度），对于环丙沙星滴眼液的合理使用设置了约32 μM浓度的警告阈值 （20倍的相应MIC90值）, 也即当泪液中含量超过这一指标后，临床医师或眼病患者应及时采取措施去稀释体内的抗生素浓度（例如大量饮水或清洗眼部），以避免抗生素富集造成的细菌耐药风险。
图4. 即时检测场景中的抗生素耐药性测试，以及人体使用滴眼液过程中眼泪FQ抗生素残留的全天候实时监测。
相关成果以“Wearable, Biocompatible, and Dual-Emission Ocular Multisensor Patch for Continuous Profiling of Fluoroquinolone Antibiotics in Tears”为题发表于ACS Nano上。高等研究院博士后尹胜男为论文第一作者，李正研究员为独立通讯作者。该成果得到国家自然科学基金青年及面上项目、广东省自然科学基金杰青项目、深圳大学2035卓越研究计划的支持。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c04153
