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鋅在人體中含量豐富，對(duì)精子的生物合成和活力有直接影響，因此可以作為男性不育和性侵犯法醫(yī)調(diào)查的生物標(biāo)志物。傳統(tǒng)的鋅檢測(cè)方法包括使用1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚（PAN）作為顯色劑的分子吸收分光光度法，但這些方法存在操作復(fù)雜、靈敏度低等問(wèn)題。

因此，目前亟待解決包括提高檢測(cè)靈敏度、增強(qiáng)傳感器的選擇性、評(píng)估實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性、研究傳感器的重復(fù)使用性以及擴(kuò)大應(yīng)用范圍等問(wèn)題。

針對(duì)此，來(lái)自巴西巴伊亞聯(lián)邦大學(xué)化學(xué)研究所的L. A. Mercante和R. M. M. Santana團(tuán)隊(duì)提出了一種基于溶液吹紡技術(shù)的新型固態(tài)比色傳感器，用于精液中的鋅檢測(cè)。該傳感器具有便攜、操作簡(jiǎn)單、靈敏度高和選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，有望在臨床和法醫(yī)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究以“Blown spun fibers-based colorimetric sensor for detecting trace zinc in seminal fluid”為題發(fā)表在《Biosensors and Bioelectronics》上。

這篇文章是一篇關(guān)于基于吹紡纖維的比色傳感器檢測(cè)精液中的微量鋅的科研論文，主要介紹了利用溶液吹紡技術(shù)制備的比色傳感器在精液鋅檢測(cè)中的應(yīng)用。以下是對(duì)本研究創(chuàng)新點(diǎn)的簡(jiǎn)要概述：

（1）使用溶液吹紡技術(shù)制備固態(tài)比色傳感器：本研究首次將溶液吹紡技術(shù)應(yīng)用于制備用于鋅檢測(cè)的固態(tài)比色傳感器。這種技術(shù)能夠快速、簡(jiǎn)便且低成本地制造高孔隙率和親水性的纖維膜，提高了傳感器的性能。    

（2）開發(fā)了基于PLA/PEO@PAN膜的定量點(diǎn)狀檢測(cè)法：通過(guò)數(shù)字圖像比色法(DIC)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)精液中的鋅進(jìn)行高靈敏度和高選擇性的定量檢測(cè)。這種方法具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉和便攜等優(yōu)點(diǎn)，適用于現(xiàn)場(chǎng)分析。

（3）設(shè)計(jì)了用于精液斑定性檢測(cè)的纖維拭子：研究開發(fā)了一種基于PLA/PEO@PAN纖維膜的拭子，用于精液斑的裸眼初步檢測(cè)。這種拭子具有高靈敏度和高特異性，能夠在法醫(yī)調(diào)查中快速識(shí)別精液痕跡。

這篇文章為臨床和法醫(yī)應(yīng)用中鋅作為生物標(biāo)志物的現(xiàn)場(chǎng)、成本效益分析提供了新的解決方案，并通過(guò)溶液吹紡技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效、靈敏的鋅檢測(cè)。

1.溶液吹紡技術(shù)制備PLA/PEO@PAN纖維膜

溶液吹紡技術(shù)是一種快速、簡(jiǎn)便且成本效益高的方法，用于制備具有高孔隙率和親水性的PLA/PEO@PAN纖維膜。

在這項(xiàng)研究中，通過(guò)將PLA和PEO聚合物溶解在氯仿中，然后加入PAN并在室溫下磁力攪拌1小時(shí)，制備了PLA/PEO@PAN溶液。使用自制的溶液吹紡設(shè)備，在特定的工藝參數(shù)下（如噴射速率10 mL h?¹，空氣壓力3 bar，工作距離30 cm，收集器轉(zhuǎn)速180 rpm）將溶液吹紡成纖維膜。

這些纖維膜隨后被用于制備圓盤和拭子，以進(jìn)行Zn²?的定量和定性檢測(cè)。  

圖1 PLA/PEO@PAN膜的制備及其在Zn²?檢測(cè)中的應(yīng)用

2.纖維膜的物理化學(xué)表征

纖維膜的物理化學(xué)表征通過(guò)多種技術(shù)進(jìn)行，以全面了解其結(jié)構(gòu)和性能。

首先，使用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察纖維膜的形態(tài)，結(jié)果顯示膜具有隨機(jī)取向的平滑纖維表面。其次，通過(guò)傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析，確認(rèn)了PLA/PEO聚合物混合物和PAN的成功結(jié)合。此外，接觸角測(cè)量結(jié)果表明，PEO的加入顯著提高了膜的親水性，使其更適合于與水性介質(zhì)中的分析物相互作用。

這些表征數(shù)據(jù)共同證明了所制備的PLA/PEO@PAN纖維膜具有良好的物理和化學(xué)性能，為后續(xù)的傳感應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。    

圖2 PLA/PEO@PAN膜的FTIR光譜和接觸角測(cè)量

3.PLA/PEO@PAN膜對(duì)Zn²?的定量檢測(cè)

PLA/PEO@PAN膜對(duì)Zn²?的定量檢測(cè)通過(guò)數(shù)字圖像比色法（DIC）進(jìn)行。

首先，將制備的膜切割成直徑為6毫米的圓盤，并將其浸入含有不同濃度Zn²?溶液的聚丙烯支撐中。在優(yōu)化條件下（如pH 9.5，溶液體積100微升），膜圓盤在15分鐘內(nèi)與Zn²?反應(yīng)，導(dǎo)致顏色從橙色變?yōu)榧t色。通過(guò)USB臺(tái)式數(shù)字顯微鏡采集反應(yīng)前后的數(shù)字圖像，并使用ImageJ軟件分析RGB顏色變化。結(jié)果表明，PLA/PEO@PAN膜在0.06至15 mg L?¹的范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的線性響應(yīng)，檢測(cè)限（LOD）為0.06 mg L?¹。此外，該方法在重復(fù)性測(cè)試中顯示出低于1%的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），證明了其高精度和可靠性。

這些數(shù)據(jù)表明，PLA/PEO@PAN膜適用于精液等復(fù)雜生物樣品中Zn²?的定量分析。    

圖3 PLA/PEO@PAN膜對(duì)Zn²?的響應(yīng)

4.纖維拭子在精液斑定性檢測(cè)中的應(yīng)用

纖維拭子在精液斑定性檢測(cè)中的應(yīng)用展示了其作為初步篩查工具的潛力。研究通過(guò)將不同量的精液涂抹在棉布上，并使用PLA/PEO@PAN拭子進(jìn)行擦拭和檢測(cè)。結(jié)果表明，即使精液斑中僅含有0.11微克的鋅，拭子也能產(chǎn)生明顯的顏色變化，從而實(shí)現(xiàn)視覺(jué)上的定性檢測(cè)。此外，通過(guò)盲測(cè)實(shí)驗(yàn)，非專業(yè)人員在識(shí)別精液斑方面表現(xiàn)出高達(dá)87%的一致性率，證明了該方法的可靠性和實(shí)用性。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了PLA/PEO@PAN拭子在法醫(yī)鑒定和性侵犯案件調(diào)查中的潛在應(yīng)用價(jià)值。    

圖4 PLA/PEO@PAN拭子的精液斑檢測(cè)

5. PLA/PEO@PAN膜與Zn²?的反應(yīng)機(jī)制

PLA/PEO@PAN膜與Zn²?的反應(yīng)機(jī)制主要通過(guò)光譜分析和形態(tài)學(xué)觀察進(jìn)行研究。漫反射光譜（DRS）和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析表明，PAN與Zn²?形成配合物，導(dǎo)致膜的顏色從橙色變?yōu)榧t色。具體來(lái)說(shuō)，PAN在463 nm處有強(qiáng)吸收峰，與Zn²?反應(yīng)后在560 nm處出現(xiàn)新的吸收峰，這是由于形成了Zn(PAN)?配合物。SEM圖像顯示，膜纖維表面在反應(yīng)后出現(xiàn)了結(jié)晶結(jié)構(gòu)，這可能是Zn(PAN)?配合物的形成所致。這些結(jié)果共同揭示了PLA/PEO@PAN膜與Zn²?之間的反應(yīng)機(jī)制，即PAN中的氮原子和萘酚環(huán)中的氧原子與Zn²?配位形成穩(wěn)定的配合物，從而實(shí)現(xiàn)Zn²?的檢測(cè)。

圖5 PLA/PEO@PAN膜與Zn²?的相互作用

綜上所述，本文介紹了一種基于溶液吹紡技術(shù)制備的PLA/PEO@PAN纖維膜，用于精液中的鋅離子檢測(cè)。通過(guò)將PLA、PEO和PAN結(jié)合，利用溶液吹紡技術(shù)制備了高孔隙率和親水性的纖維膜。這些膜被制成圓盤和拭子，分別用于Zn²?的定量和定性檢測(cè)。定量檢測(cè)通過(guò)數(shù)字圖像比色法實(shí)現(xiàn)，顯示出良好的線性響應(yīng)和低檢測(cè)限。定性檢測(cè)通過(guò)拭子對(duì)精液斑進(jìn)行視覺(jué)檢測(cè)，表現(xiàn)出高靈敏度和特異性。此外，纖維膜的物理化學(xué)表征和反應(yīng)機(jī)制研究進(jìn)一步證實(shí)了其在鋅離子檢測(cè)中的有效性和可靠性。總體而言，這種基于PLA/PEO@PAN纖維膜的傳感器為臨床和法醫(yī)應(yīng)用提供了一種簡(jiǎn)便、低成本且高效的檢測(cè)方法。

未來(lái)，這種基于PLA/PEO@PAN纖維膜的傳感器有望在男性不育診斷和性侵犯調(diào)查中發(fā)揮重要作用。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化膜的性能和提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，這種傳感器可以成為臨床和法醫(yī)實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)工具。此外，該技術(shù)還可以擴(kuò)展到其他金屬離子的檢測(cè)，以及在環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全等領(lǐng)域的應(yīng)用。

文章來(lái)源：https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116943