开题报告内容：阵列传感器用于小分子药物的检测
研究现状：
传感器阵列是一组传感器，通常部署在一定的几何图形，用于收集和处理电磁或声学信号。与单个传感器相比，使用传感器阵列的优点在于阵列为观测增加了新的维度，有助于估计更多的参数并提高估计性能。包括比色传感器阵列、荧光传感器阵列、超分子化学传感器阵列等技术。
比色传感器阵列，也称为光电鼻子。已被证明是一种通用技术，既可用于检测和识别单个化合物，也可用于区分气态或水相中高度相似的复杂混合物。比色传感器阵列与传统电子鼻技术的根本区别在于，传感器信号不再依赖于分析物分子的物理吸附(诱导质量或电导率的变化)，而是依赖于改变颜色的强化学相互作用(即，紫外-可见吸收)的化学反应染料。这些一次性比色传感器阵列克服了传统电子鼻通常遭受的限制，包括传感器漂移、较差的化学选择性和灵敏度，以及相对湿度变化的干扰。[1]
比色传感器阵列在用于药物检测的手段越来越多。研究表明尿液中的三甲胺N-氧化物可采用比色传感器阵列进行定量检测。不过装置需要用由USP制备的多孔有机改性硅染料微球来组成的比色传感器阵列。统计分析，这个设备在循环或消化系统的TMAO相关疾病的早期诊断中都可以被证明是有效的，并可能作为一种快速、廉价地检测尿液或血清等生物样本中TMAO的点护理工具而发现有前途的应用。[1]另一组研究利用了硝酸银诱导金纳米粒子在不同反应时间间隔的金属化，从而定量的分析小分子药物儿茶素。这种用于儿茶素鉴别的时比色传感器阵列本质上是一种时间视觉传感器阵列，其中颜色信号(RGB)是基于AgNO3和儿茶素反应诱导的AuNP表面的Ag沉积。利用该传感器阵列，在低浓度(20nm) LDA下比手动识别光谱峰位置更简单、更省时，并且该传感器阵列可以成功地识别个别儿茶素及其混合物。[2]不仅如此，无色度传感器阵列被证明可以用于在ppb水平上识别挥发性醛和酮。传感器元件来源于经典的斑点测试，经过优化后可在暴露于醛类或酮类物质后迅速引起颜色的强烈变化。2分钟内鉴别脂肪、芳香、醛、酮类化合物，分类准确率达99%。该传感器阵列不仅可用于检测单个化合物，还可用于检测酒液样品的复杂气味，在食品饮料工业中具有良好的质量控制和保证应用前景。[3]用比色传感器阵列系统来研究草药蒸馏物作为传统药物的鉴别和气味可视化。将25个pH值和氧化还原指示剂印在反相硅胶板上，制成一次性比色传感器阵列。通过在烤箱中85℃加热45分钟，改善了传感器阵列的性能。阵列反应依赖于不同浓度的草本蒸馏物。暴露在蒸馏物蒸汽中的传感器元件所产生的颜色是特定于蒸馏物的气味的。采用统计化学计量学方法对响应数据进行分析，并借助HCA成功实现数据分类。在25个使用的指标中，有6个指标足以对所有研究的草本提取物进行完整的分类。除了从其他类型中分辨出个别的蒸馏物外，设计的传感器阵列还可以根据它们所属的22个科来鉴别草药蒸馏物。[4] 利用未修饰金纳米粒子的阿片类物质鉴别化学鼻子，该种比色传感器阵列为现场识别非法药物开辟了一条新的途径，在临床毒理学和法医学领域具有潜在的应用价值。我们相信，这个简单的检测系统通过一些改进可以很容易地用于区分其他种类的分析物和生物目标，而高度特异性传感器的发展对这些目标来说是一个挑战。[5]多元数据分析结果表明，一个低成本，简单的安排比色传感器阵列/智能手机集成耦合到一个远程服务器用于快速现场分析儿茶酚。该方法能够对儿茶酚进行可靠的鉴别和分类。我们的工作中一个特别值得注意的方面是智能手机与远程服务器的新型耦合，允许对未知样本浓度进行现场分类鉴别分析和定量测量。这种简单、方便的方法适用于现场流域的简单、快速定性和定量分析。[6]
荧光传感器阵列，利用可产生荧光效应的特点进行药物的检测，例如儿茶酚胺在碱性条件下可转化为荧光产物和类醌类化合物。利用荧光产物的光谱变化设计了一种高效、低成本的传感器阵列。提出的传感器阵列能够区分三种不同浓度的重要儿茶酚胺。这些传感器可以成功地从混合物中鉴别出单一的儿茶酚胺。这种传感器阵列可用于尿液样本中儿茶酚胺的有效检测，用于早期诊断。[7]
荧光特性多与超分子传感器阵列合用，更能有效准确的对待测药物进行分析。基于荧光金纳米簇的传感器阵列，通过主-客体相互作用和内部过滤效应的集成, 建造了一个硝基酚异构体传感器阵列，提出的传感器阵列成功区分5mu;M浓度的三硝基酚同分异构体。除了准确高效的单一异构体识别能力，两个异构体的混合物也可以使用该传感器阵列进行识别。[8] 一种基于环糊精主-客体复合物的超分子荧光受体阵列快速组装的新策略——肝素和这种重要药物的常见潜在污染物之间的准确鉴别证明了这些鉴别阵列的分析能力。[9] 用平行合成和筛选超分子化学传感器实现对唾液中药物的荧光启动检测,这种方法可以做到很容易扩展，从而能够发现更多的二聚染料传感器，用于不同的阳离子分析物，并在不同的生物溶液条件下工作。且这种方法在盐水中普遍成功，表明这一方法可以应用于许多不同水溶液中的许多不同阳离子分析物。使用已知的合成方法扩展多样性文库，将生成一个原始传感器文库，可以快速测试其在其原生生物流体中检测任何给定阳离子分析物的能力。[10]
参考文献：
[1] Zheng Li and Kenneth S. Suslick. Ultrasonic Preparation of Porous Silica-Dye Microspheres: Sensors for Quantification of Urinary Trimethylamine N‑Oxide. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 15820minus;15828
[2] Yanan Li, Siyu Wang, Qingyun Liu, and Zhengbo Chen. A Chrono-Colorimetric Sensor Array for Differentiation of Catechins Based on Silver Nitrate-Induced Metallization of Gold Nanoparticles at Different Reaction Time Intervals. ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 17306minus;17312
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